Département d'Ingénierie des Systèmes

Des dunes produites par un climat très actif

Titan est le plus gros satellite naturel de Saturne. En 2004, la sonde Cassini est arrivée dans le système de Saturne afin d’y étudier la planète géante ainsi que ses satellites, dont Titan. Titan présente de nombreuses analogies avec la Terre, notamment un cycle climatique très actif, essentiellement contrôlé par le méthane, et de nombreux paysages aux visages extrêmement familiers comme d’immenses champs de dunes linéaires présents tout autour de l’équateur, des lacs d’hydrocarbures ou encore des montagnes. Les champs de dunes occupent 17% de la surface de Titan et portent en eux de précieuses informations sur le climat, la topologie et  l’histoire du satellite.
La formation d’une dune nécessite des vents suffisamment forts pour mettre en mouvement le sédiment qui la compose. La taille des dunes ne dépend pas de la gravité de la planète ou du satellite mais du rapport des densités entre le sédiment et l’atmosphère. Leur mode de croissance et leur orientation dépendent de la variabilité locale des vents et de l'apport sédimentaire. Jusqu’à présent, peu de données ont pu être rassemblées concernant la surface du satellite. Des modèles mathématiques ont cependant été élaborés afin de simuler l’atmosphère de Titan ainsi que les régimes des vents présents à sa surface.
En combinant des données issues de la sonde Cassini avec des modélisations du climat et du transport sédimentaire à la surface du satellite, une équipe du Laboratoire AIM (CNRS/CEA/Université Paris Diderot), en collaboration avec des chercheurs de l'IPGP (Institut de Physique du Globe de Paris) et du laboratoire MSC (CNRS/Université Paris Diderot), propose un nouveau modèle de formation des dunes sur Titan. Les chercheurs ont montré que, contrairement à ce qui était communément admis, les dunes de Titan ne peuvent se développer à partir d'un lit de sédiment entièrement mobilisable. Au contraire, leur orientation suggère qu'elles se développent sur un sol non-érodable (soit constitué d’un socle solide, soit de sédiments trop gros pour être transportés) en s'allongeant à partir d'une source locale de sédiment. Dans ce cas, elles sont alignées avec la résultante des vents et peuvent garder une orientation et une forme constante sur des centaines de kilomètres, ce qui est effectivement observé.

Des dunes de ce type sont également observées dans de nombreux déserts terrestres et même sur Mars, et sont témoins des régimes de vents et de l’environnement sédimentaire qui les ont façonnées. Ainsi, l’étude montre que seules de puissantes rafales de vent provenant d’évènements climatiques extrêmes peuvent être à l'origine de ces transports de flux sédiments. Ces conditions extrêmes apparaissent lors des équinoxes et sont aussi observées par la sonde Cassini. Enfin, les chercheurs montrent que les écoulements atmosphériques à la surface du satellite convergent vers l’équateur, région aux conditions climatiques les plus arides, expliquant ainsi le dépôt de sédiments et la concentration des champs de dunes dans la zone intertropicale. Ce nouveau modèle de formation et de croissance des dunes de Titan est le premier permettant d’expliquer toutes les caractéristiques observées des déserts de Titan et apporte ainsi un nouvel éclairage sur la climatologie complexe du satellite et la nature encore bien énigmatique de sa surface.

Contact :  Antoine LUCAS

Publication :
“ Growth mechanisms and dune orientation on Titan "
A. Lucas, S. Rodriguez, C. Narteau, B. Charnay, T. Tokano, A. Garcia, M. Thiriet, S. Courrech du Pont, A. Hayes, R. Lorenz, O. Aharonson, dans la revue Geophys. Research Letters, [doi:10.1002/2014GL060971], 2014, pour une version électronique

Voir         : Le communiqué de presse du CEA (2 octobre 2014)
               : Le communiqué de presse CNRS (2 octobre 2014)

Voir aussi  : "L'extrême finesse des anneaux de Saturne" (1 mars 2013)
                   "Fin d'été très nuageuse sur Titan", (1 juin 2009)