En accord avec les modèles mis au point dans les années 1970 et 80, les chercheurs pensaient trouver sur Titan de grandes étendues d’hydrocarbures parcourues de vagues, des véritables océans “noirs” battant des côtes glacées... De prime abord, leurs espoirs furent déçus dès les premiers balayages RADAR de la surface du satellite par Cassini. Toutefois, les survols des régions polaires permirent de détecter, dans un second temps, de nombreux petits lacs d’hydrocarbures, puis une véritable “mer”, de par sa dimension. Titan devint donc le premier corps céleste, la Terre mise à art, où des éléments à l’état liquide ont été identifiés.

Les modalités de la circulation du méthane entre les lacs des pôles, liées aux saisons, restent toutefois à découvrir.

    L’utilisation d’images reconstruites à partir des balayages peut aussi induire en erreur. Ainsi, des étendues liquides peuvent être masquées par des matériaux flottants (bien que la plupart des matériaux solides présents sur Titan coulent dans le méthane ou l’éthane liquide, les polyacétylènes d’origine stratosphérique, flottants, pourraient générer les images radars reçues). On doit aussi noter que des dépôts superficiels d’hydrocarbures liquides peuvent se révéler parfaitement transparents aux micro-ondes utilisées (tout comme la glace pure d’eau) et ne pas apparaître sur les images. Nous verrions alors le "fond" des lacs sans se douter de l'existence de leur surface!

Les lacs des régions polaires Nord

    Les images RADAR obtenues à l'occasion du survol des hautes latitudes de Titan le 22 juillet ont révélé l'existence d'objets particulièrement sombres, donc lisses, qui sont interprétés comme étant des lacs d'hydrocarbures (méthane et éthane). C'est la première fois que des étendues liquides sont observées en dehors de notre planète.

Le lieu de la réflexion observée se situe à 71° de latitude N et 337° de Longitude. Il correspond à la ligne de cote du lac «Kraken», vaste étendue d’hydrocarbures de 400000 Km2. Cette détection est une confirmation supplémentaire de l’existence de lacs sur Titan..

    Plusieurs dizaines de ces lacs ont été observés, leur dimension allant de 1 à 100 km de longueur pour le plus étendu, partiellement asséchés et laissant observer son "rivage".

Vues RADAR ci-dessus, obtenues le 22 juillet - JPL

 Ces lacs sont alimentés par tout un réseau "hydrographique" composé de plusieurs vallées et chenaux nettement visibles, certains étant apparemment encore remplis de liquide: les premières rivières de Titan !

    La présence de ces lacs contribue à expliquer l'alimentation permanente de l'atmosphère de Titan en méthane. Leur étendue et leur rôle éventuel devraient cependant beaucoup varier selon les saisons de Titan: plusieurs marques indiquent que leur extension est variable dans le temps.

Vues détaillées des lacs

Ces 2 lacs sont situés à 73°N, et sont reliés par un canal, et celui de droite, apparemment, serait en train de s'évaporer avec l'arrivée du printemps de Titan N (on distingue vers le haut un bras moins foncé, peut être une marque d'assèchement ?).

Le 3 janvier 2007, Un article de Nature (*) décrit les lacs identifiés lors du survol du 22 juillet 2006. De nouvelles vues en fausses couleurs (région polaire N - latitude 80°) apportent de nouvelles informations:

- La surface des 75 lacs identifiés est lisse, très probablement liquide (des poussières ou des flocons présenteraient des rides)

- leurs dimensions vont de 3 à 70 km de large, certains lacs sont alimentés par des réseaux "hydrographiques"

- Quelques lacs sont asséchés, d'autres présentent des rives laissant penser qu'ils n'ont jamais été complètement remplis.

15 lacs ressemblent à ceux qui se sont formés, sur Terre, dans des bassins d'impacts ou des caldeiras. L'origine volcanique des dépressions qu'ils occupent est privilégiée par l'équipe de chercheurs. Quelques lacs ont l'aspect de vallées inondées.

- Quelques points brillants dans les lacs correspondraient à des îles, car les chercheurs ne voient pas ce qui pourrait flotter sur un hydrocarbure.

 La présence de ces lacs dans l'hémisphère N de Titan laisse penser qu'il existe un cycle saisonnier, les lacs de l'hémisphère en "été" s'évaporant pour retomber en pluie dans l'autre hémisphère, ou se forment alors de nouveaux réseaux "méthanographiques". Il est aussi possible que les lacs se remplissent par en dessous, communiquant avec des nappes profondes et plus étendues d'hydrocarbures.

L'image en HR.

Les lacs d'été des régions polaires S.

    Après plusieurs semaines sans nouvelles de Titan, de nouveaux résultats confortent l'existence probable de lacs d'hydrocarbures non seulement dans les région polaires N, où ils recouvrent 14 % de la surface cartographiée (60% du total au dessus de 60°N) mais aussi au niveau du pôle S.

    Actuellement, le pôle N de Titan est plongé dans hiver qui durera 7,5 années terrestres, et des chercheurs supposent que cette saison s'accompagne de pluies d'éthane et de méthane remplissant les lacs et les mers (ou élevant transitoirement leur niveau) et creusant un réseau «hydrographique» déjà évident sur les différentes vues. On peut noter que c'est la première fois que la NASA annonce que ces lacs polaires pourraient aussi contenir de l'azote liquide (comme je l'avais déjà supposé dès leur découverte, ici même...)

Le survol du 2 octobre réalisé au-dessus du pôle S (où c'est l'été) a permis d'y identifier trois formations ressemblantes à des lacs, mais de taille inférieure à ceux du N, au alentour de 70° de latitude S.

Les Grands Lacs

    Le 22/02/2007 Cassini a obtenu l'image d'une grande "île" située dans une zone sombre pouvant être interprétée comme étant un ensemble de Grands Lacs, les plus étendus observés à ce jour sur Titan (image haute résolution).  Il se confirme donc que les régions de haute latitude N (ici 79°N) abritent des étendues liquides (peut être de façon saisonnière). L'île mesure environ 90 x 150 km (comme la grande île d'Hawaii) et semble reliée à d'autres terrains par une langue de "terre" (c'est donc, plus exactement, une péninsule qu'une île). Sur la vue, le N. est à gauche.

    La NASA propose une animation (d'où sont extraites les vues de cette page) permettant de mieux situer l'emplacement de ces lacs, qui constituent en fait les prémisses de véritables petites mers d'hydrocarbures (attendues depuis longtemps, dommage que le regretté Carl Sagan ne soit plus des nôtres).

Les mers (du nord !)

    Les hautes latitudes N de Titan montrent, outre des centaines de petits lacs, des étendues très sombres suffisamment grandes, surtout par rapport à la taille du satellite, pour être bel et bien interprétées et qualifiées comme étant des Mers probablement remplies d'un mélange de méthane et d'éthane.

 L'une de ces mers mesure plus de 100000 Km2, soit  la taille des Grands Lacs de l'Amérique du N. encore ne s'agit il là que d'une estimation minimale, le survol de Cassini ne permettant pas d'imager toute l'étendue de cette structure. Les topographes ont décidé, apparemment, de nommer « mers » les lacs de surface supérieure à 26000 Km2.

Restons toutefois prudents ; il n'existe pas de preuves directes que ces étendues sombres soient emplies de liquide: c'est leur réflectivité et leur apparence RADAR qui indique qu'il s'agit d'étendues plates (comme la surface d'un liquide), ainsi que les  données topographiques disponibles (un réseau "hydrographique" diversifié se jette dans ces mers).

Des équipes travaillent actuellement sur les données de l'instrument VIMS pour déterminer la composition de ces mers éventuelles. Ces étendues laissent penser que le méthane atmosphérique est bien généré par l'évaporation des liquides de la surface, selon un cycle analogue à celui de l'eau sur Terre.

Lors de son 31 éme survol de Titan, le 12 mai 2007, Cassini a obtenu des images qui renforcent la probabilité de l'existence d'une mer (dite Caspienne par les spécialistes du JPL, à cause de sa taille voisine de cette mer Terrestre) au voisinage du pôle N du satellite.

    La surface "liquide" apparaît très sombre au radar. On n'y observe pas, contrairement aux "lacs" déjà  imagés, la présence de zones très brillantes à proximité, ce qui signifierait que la profondeur de cette mer serait de plusieurs m.Toutefois, je pense que l'étendue en question pourrait très bien ne pas être liquide, mais posséder la consistance de la boue, ou d'un flan.

Le survol du 2 octobre réalisé au-dessus des régions polaires S (où c'est l'été) a permis d'y identifier trois formations ressemblantes à des lacs (image ), mais de taille inférieure à ceux du N, au alentour de 70° de latitude S. Cette région montre aussi des dépressions (peut-être des lacs vides?)

    Il est possible que les lacs se soient formés soit dans des zones effondrées suite à une activité volcanique, soit par érosion de la surface (lac karstique). Plusieurs lacs montrent des lignes pouvant correspondre à des rivages successifs, ce qui signifie que leur remplissage est variable et dépend d'un véritable cycle des hydrocarbures analogue au cycle de l'eau terrestre. 400 formations de type lacustre ont été observées, leur taille étant extrêmement variable.

    Comme l'hémisphère S de Titan est actuellement en fin d'été, cette observation confirmerait l'existence d'un cycle interpolaire du méthane, les lacs s'évaporant en été dans la région polaire pour se remplir au niveau de l'autre pôle, subissant lui les conditions climatiques de la saison opposée.

Il pleut sur Titan ?

Outre les nuages brillants et changeants de la basse atmosphère, des structures sombres, probablement des lacs remplis de méthane, apparaissent nettement (ils sont cerclés). Les équipes du JPL considèrent qu’il est probable que de véritables tempêtes soient à l’origine du remplissage des lacs (les différences d'aspect, comme ceux d’Ontario lacus, étant dues à une illumination différente entre les clichés).

A mon avis, il est aussi possible d’envisager d’autres phénomènes expliquant ces variations: changement d’état, et donc de réflectivité, de certains terrains en fonction de la température (il s’agirait plus d’une fonte de glaciers que de pluies diluviennes), résurgences profondes débouchées lorsque la température de surface le permet... D’autres observations seront nécessaires.

Image IR à 938 nm.

    Le 30 Novembre 2009, le JPL a publié une infographie montrant bien les différences entre les deux hémisphères de Titan en ce qui concerne la présence de lacs: alors que ces derniers sont relativement rares et de faible étendue dans les régions polaires S, ils sont nettement plus abondants dans les régions polaires N. Cette répartition inégale est interprétée comme étant un indice d'une circulation saisonnière des hydrocarbures d'un hémisphère à l'autre. Actuellement, le sens du transport serait celui allant du Sud vers le Nord, mais la périodicité de l'inversion de ce transport n'est pas connue.

It’s raining (again) : Pluies tropicales sur Titan

    Jusqu’à présent, l’exploration de Titan n’avait pas permis de découvrir les immenses «mers» de méthane prédites par les modèles et espérées par de nombreux scientifiques. Toutefois, l’observation de l’évolution du climat du satellite au fur et à mesure de l’avancement de l’année saturnienne permet d’espérer la formation d’étendues liquides plus grandes que celles observées jusqu’à présent, à savoir des lacs confinés dans les régions polaires, mais dont la durée de vie apparaît limitée à quelques mois.

    En Aout 2009, Titan était en situation d’équinoxe (avec un rayonnement tombant perpendiculairement à l’équateur). Un récent article de (West & al., 2011) précise les modalités de la circulation atmosphérique du satellite: outre un abaissement important de l’altitude de lacouche de brume photochimique, passant de 500 à 380 km en quelques années, la surface de titan répond beaucoup plus rapidement aux variations du rayonnement solaire que ne le fait son épaisse atmosphère. Cette différentiel dans les temps de réponse rapproche davantage le comportement des régions équatoriales de Titan de ce que l’on peut observer sur Terre au niveau de l’atmosphère tropicale au dessus des océans.

    Ces nuages sont à l’origine de pluies diluviennes d’hydrocarbures (un déluge titan-esque!) qui remplissent les dépressions équatoriales identifiées précédemment, et dont on ne savait pas si elles étaient d’origine récente, et liée à un «cycle du méthane» actif; où si elles résultaient d’un climat passé différent de celui qui peut être actuellement observé (ce qui semblait possible au vu de la grande quantité de dunes présentes dans les régions équatoriales, et identifiées comme étant la marque d’un climat sec). Ces régions désertiques sont donc en train de devenir humides, mais pour combien de temps ? Les étendues liquides créées ne semblent en effet persister que quelques semaines.

    Ainsi,  les observations présentées dans un article de science (Elizabeth Turtle & al., 2011) montrent de rapides changements sur une surface d’un demi-million de km2 située le long de la bordure sud du champ de dunes Belet, qui a changé de «couleur» (ou plus exactement qui ne réfléchit plus les rayonnements radars de la même façon). La comparaison des informations données par d’autres instruments laisse entendre que ce changement est causé par des pluies d’hydrocarbures emplissant les dépressions de la surface (ou humidifiant profondément celle-ci au point de modifier sa réflectivité). 

    Les hydrocarbures qui précipitent proviendraient de l’évaporation des lacs chauffés des hautes latitudes: l’hémisphère S de Titan, en «été» jusqu’en 2009, a été le lieu de formation de nuages qui ne seraient présents au niveau des tropiques du satellite que pendant les périodes d'équinoxe, et se dirigeraient vers les plus hautes latitudes lorsque les solstices approchent (actuellement c’est le printemps - qui va durer 7 ans! -  dans l'hémisphère N de Titan , qui s'achemine donc vers l’été).

    Un exemple de ces changements est visible sur ces clichés (JPL-Cassini) de la région équatoriale Adiri (située à seulement 7° de latitude S et par 215° de longitude W) , même si aucun nuage n’y est apparemment visible (images prises dans le proche IR: les terrains noirs à l’ouest sont justement les dunes de Belet, dont les portions sud ont été remplies de méthane et transformées en lac.

    A: 13 mai 2007, en début de mission, soit pendant ‘hiver de l’hémisphère N.

   B et C: 15 janvier 2011, à 15 h d’intervalle. De nouvelles zones brillantes apparaissent au sol, ou très près du sol, comme le montre leur absence de déplacement relatif entre B et C. Ces zones sont des nuages bas, des brouillards ou des zones de la surface nettoyées par les pluies d’hydrocarbure.