La formation des dunes de Titan contrôlée par des tempêtes tropicales
Les régions équatoriales de Titan, la plus grosse lune de Saturne, sont recouvertes par un vaste champ de dunes linéaires se propageant vers l'est. Cette direction est opposée à celles des vents prédits par les modèles climatiques et constitue l'un des grands mystères de Titan. En combinant les résultats d'un modèle régional de nuages de méthane avec ceux d'un modèle climatique global de Titan, une équipe franco-américaine a montré que la formation des dunes devait être contrôlée par de rares tempêtes tropicales de méthane produisant de forts vents soufflant vers l'est et dominant le transport sédimentaire. Ces résultats permettent alors d'expliquer la forme, la direction et le sens de propagation des dunes de Titan et donnent des renseignements sur l'origine du sable les constituant. Cette étude impliquant des chercheurs du Laboratoire de Météorologie Dynamique (CNRS/IPSL/UPMC/ENS/Ecole Polytechnique), du Southwest Research Institute à Boulder et d'autres laboratoires (IPGP, AIM, MSC) rattachés au CNRS, au CEA et à l'Université Paris Diderot, est publiée dans Nature Geoscience le 13 avril 2015.
Titan est la plus grande lune de Saturne. Elle est entourée d'une atmosphère épaisse composée principalement de diazote (à environ 98%) et riche en méthane, pouvant condenser sous la forme de nuages. L'une des grandes surprises de la mission Cassini-Huygens fut la découverte d'un vaste champ de dunes, le plus grand du système solaire, dans la bande équatoriale de Titan. Il s'agit de dunes linéaires, de plusieurs dizaines de kilomètres de longueur pour une centaine de mètres de hauteur, parallèles à l'équateur. La nature du sable les constituant est encore mystérieuse mais les planétologues suspectent qu'il s'agit d'un sable constitué de polymères d'hydrocarbures, sorte de suies, provenant de la photodissociation du méthane dans l'atmosphère. En analysant la morphologie des dunes autour d'obstacles topographiques ainsi que leur terminaison, il a été possible de déterminer le sens de propagation des dunes. Les images radars indiquent alors que toutes les dunes se propagent vers l'est dans la bande équatoriale. Cependant les modèles climatiques appliqués à Titan prédisent que les vents soufflent en moyenne vers l'ouest à ces latitudes et près de la surface, tout comme les alizés sur Terre. Les dunes se propagent donc dans la direction contraire aux vents prédits, constituant une grande énigme.
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Malgré ces prédictions pour les vents de surface équatoriaux, les vents soufflent partout vers l'est à plus haute altitude. Ce phénomène s'appelle la superrotation. Un couplage entre cette superrotation et la formation des dunes de Titan permettrait de résoudre le mystère de leur propagation vers l'est. Les chercheurs ont alors imaginé un possible couplage par l'intermédiaire des tempêtes de méthane se produisant au moment de l'équinoxe dans la bande équatoriale. Ces tempêtes sont rares mais particulièrement violentes. Il s'agit de gros systèmes convectifs se développant jusqu'à de hautes altitudes. Les chercheurs ont montré à l'aide d'un modèle météorologique régional appliqué à Titan que les tempêtes de méthane devaient être associées à de forts courants descendants qui s'écoulent naturellement vers l'est en atteignant la surface. Ces fortes rafales de vents dominent le transport sédimentaire et propagent les dunes vers l'est.
En combinant ces résultats avec les régimes de vents prédits par un modèle climatique global de Titan et en utilisant des analogies avec la formation de dunes linéaires sur Terre, les chercheurs ont pu proposer un scénario général pour la formation des dunes de Titan. Ce scénario explique la plupart des caractéristiques majeures des dunes de Titan : leur forme, orientation, sens de propagation, taille et espacement. Il dévoile aussi que le sable de Titan s'est nécessairement formé dans les régions équatoriales, alors qu'il avait été proposé qu'il se soit formé dans les régions polaires où se trouvent des mers de méthane liquide. Finalement, les fortes rafales de vents à la surface de Titan lors des tempêtes tropicales impliquent la probable apparition de tempêtes de sable ou de poussières, très communes durant les épisodes orageux au dessus des déserts terrestres. Cette étude révèle donc que les processus éoliens sur Titan sont contrôlés par de rares évènements violents et fait de Titan un monde bien plus dynamique que prévu.
Sources
Methane storms as a driver of Titan's dune orientation, B. Charnay, E. Barth, S. Rafkin, C. Narteau, S. Lebonnois, S. Rodriguez, S. Courrech du pont, A. Lucas, Nature Geoscience, 13 avril 2015