Des dunes sur Io, la terrible lune volcanique de Jupiter !

Tous ceux qui adolescent ont vu le film 2010 : Odyssée deux, adapté du roman éponyme d'Arthur Clarke, sont certainement fascinés à l'idée d'explorer IoIo, la volcanique, et Europe, la glacée, autour de JupiterJupiter. C'est certainement plus vrai encore pour les passionnés de volcanologie, d'océanographie et d'exobiologie.

Avant les missions Juice et Juno, la mission GalileoGalileo en orbite autour de Jupiter nous avait transmis des images fascinantes de ces deux lunes médicéennes. Des planétologues sont toujours occupés à analyser les données concernant ces deux mondes en utilisant pour les transposer les connaissances apprises en géologiegéologie avec notre Planète bleue. Il se trouve qu'ils sont tombés depuis un moment déjà sur une énigme concernant les images fournies par Galileo de la surface de Io. Elles révèlent des structures en forme de dunes qui, si elles en sont bien, ce qui se discute encore, n'ont rien à envier aux dunes terrestres et même martiennes.

Cette image couleur, acquise lors de la neuvième orbite de Galileo autour de Jupiter, montre deux panaches volcaniques sur Io. Un panache a été capturé sur le bord de la lune, signalant une éruption au-dessus d'une caldeira (dépression volcanique) nommée Pillan Patera. Le panache vu par Galileo mesure 140 kilomètres de haut et a également été détecté par le télescope spatial Hubble. Les images couleur ont été fusionnées avec une mosaïque haute résolution d'images acquises dans diverses orbites pour améliorer les détails de la surface. Le nord est en haut de l'image. La résolution est d'environ deux kilomètres par élément d'image. © Nasa, JPL, Université d'Arizona

Or, ceux qui ont étudié soit la géologie ou plus généralement la planétologie, par exemple avec les célèbres ouvrages Earth de Frank Press et Raymond Siever et Fundamental planetary science : physics, chemistry, and habitability de Imke de Pater et Jack J. Lissauer, savent que des dunes se forment et évoluent avec des processus de transport de grains de sablesable par saltation avec des ventsvents. Problème, Io, avec sa petite taille et sa faible gravité, possède une atmosphère très ténue avec une pression de seulement un milliardième d'atmosphèreatmosphère terrestre. Son épaisseur est d'environ 120 kilomètres et elle est principalement constituée de dioxyde de soufresoufre (SO₂) quittant l'attraction de Io, mais constamment renouvelée par les éruptions volcaniques dantesques de la petite lune de Jupiter.

Impossible d'avoir des vents suffisamment forts dans cette atmosphère pour rendre compte des potentiels champs de dunes observés, ce qui avait fait rejeter l'hypothèse qu'il s'agisse bien de dunes.

Dunes potentielles sur Io, la lune de Jupiter. Une analyse indique que le matériau sombre (en bas à gauche) est formé de coulées de lave récemment mises en place, tandis que les caractéristiques répétées en forme de ligne dominant l'image sont des dunes potentielles. Les zones blanches et brillantes peuvent être des grains nouvellement mis en place lorsque les coulées de lave vaporisent le givre de dioxyde de soufre adjacent. © Nasa, JPL-Caltech, Rutgers

Un transport éolien avec des flots de dioxyde de soufre sublimé

Une équipe de planétologues états-uniens pense cependant avoir trouvé la clé de l'énigme, comme elle l'explique via une publication dans Nature Communications. Elle repose sur des analyses d'images de la surface de Io, prises pendant les 14 années qu'a duré la mission Galileo.

« Nos études indiquent la possibilité que Io soit un nouveau "monde de dunes" », a déclaré le premier auteur de l'article, George McDonald, chercheur postdoctoral au département des sciences de la Terre et des planètes de l'Université Rutgers aux États-Unis, qui ajoute dans un communiqué de l'université : « nous avons proposé, et testé quantitativement, un mécanisme par lequel les grains de sable peuvent se déplacer, et finalement pourraient former des dunes. Ce travail nous dit que les environnements dans lesquels on peut trouver des dunes sont considérablement plus variés que les paysages désertiques classiques et sans fin sur certaines parties de la Terre ou sur la planète fictive Arrakis dans "Dune" ».

Io est très volcanique, sa surface apparaît comme un mélange de coulées de lavelave solidifiées de couleurcouleur sombre, des coulées en cours et des régions couvertes d’un « givre » particulier, à savoir du dioxyde de soufre solidifié.

D'après les calculs des chercheurs, ces régions seraient parfois chauffées par en dessous par la mise en place de flots de magmamagma. Le dioxyde de soufre se sublimerait produisant alors à son tour en surface des écoulements denses de gazgaz se comportant donc comme des vents plus puissants que ceux pouvant naître dans l'atmosphère de Io.

Les modèles mathématiques développés sur Terre et rendant compte des tailles et des ondulations de champs de dunes à partir des équationséquations du transport de grains de taille et de densité différentes sous l'action de l'écoulement d'un fluide (notamment par transport éolien) peuvent alors être transposés au cas de ces flots de SO₂. Les grains de sable issus de l'altération des coulées de lave et les flots de dioxyde de soufre sublimé sont alors en mesure d'expliquer les caractéristiques des structures ressemblant à des champs de dunes, ce qui accrédite l'hypothèse qu'elles le sont.