Dans une petite semaine, le vendredi 14 janvier à 9 h07 TU la sonde européenne Huygens pénètrera dans latmosphère de Titan pour une descente à haut risque mais dun intérêt scientifique exceptionnel pour effectuer une série de mesures in-situ de latmosphère et de la surface.
Mais pourquoi ce choix de Titan qui mobilise lintérêt des astrophysiciens depuis plus de 20 ans ?
DES CARACTERES SINGULIERS

TITAN est le plus gros satellite de Saturne (2575 km de rayon soit 40 % du rayon terrestre) et le 2° du système solaire après Ganymède. Cest un monde important car elle est plus grosse que certaines planètes comme Mercure et Pluton. Découverte par le hollandais Christian Huygens (astronome célèbre pour avoir compris la forme des anneaux de Saturne) en 1655, elle excite la curiosité des astrophysiciens depuis plus de 50 ans car cest le seul satellite à posséder une atmosphère, particulièrement épaisse et orangée à cause des composés dérivés du méthane quelle contient
(dont on a repéré la signature par spectroscopie dès 1944).
Pourquoi Titan possède til une atmosphère et pas notre Lune qui a une masse proche ?
En comparant Titan à la Terre et à la Lune, on peut séparer le rôle de la gravité superficielle (et de la vitesse de libération) et celui de la température (et de la vitesse d'agitation des molécules).
La Terre et la Lune sont à la même distance du soleil et ont la même température assez élevée (à l'effet de serre près). Dans ce cas (température élevée identique et voisine de 0°C), c'est la gravité qui impose sa loi : sur la Terre avec une forte gravité, l'atmosphère est restée; sur la Lune avec une faible gravité, elle s'est échappée.
La Lune et Titan ont approximativement la même gravité superficielle (et la même vitesse de libération de 2,65 km/secondes), mais n'ont pas la même température. La (relativement) forte température de la Lune a entraîné l'échappement de toute l'atmosphère avec le temps; avec quasiment le même g, la faible température de Titan (-180°C) lui a permis de garder son atmosphère.

Malheureusement celle-ci masque sa surface à toute observation par télescope dans le visible depuis la Terre. De plus, la période de rotation de Titan étant synchronisée avec sa période de révolution autour de Saturne, elle présente toujours la même face à la Terre.
LES REVELATIONS DE VOYAGER
La sonde Pioneer 11 en donna les premières photographies très lointaines dès 1979.
Il faudra néanmoins attendre le survol de Voyager 1 en 1980 qui passa à moins de 5000 km de cette cible considérée comme prioritaire (à tel point quon a dévié la trajectoire de la sonde qui ne survolera pas Uranus et Neptune contrairement à sa sur Voyager 2) pour en savoir plus sur la composition de son atmosphère, mais sans que les images révèlent un sol qui restait inconnu.

Les analyses des instruments de Voyager révélèrent que cette atmosphère était riche principalement en azote comme la Terre (N2), mais aussi en méthane (CH4), un gaz instable dont on ignore lorigine, qui ne compose que 2 à 3% de latmosphère mais joue un rôle central. La photochimie du méthane (dissocié par les rayons UV) et la destruction des molécules de nitriles (à base de N2) par des ions accélérés par la magnétosphère de Saturne produisent une chimie organique complexe puisque Voyager a repéré la signature de nombreuses molécules organiques et azotées : lacétylène, léthane, le propane,
etc et surtout de lacide cyanhydrique (HCN), une grosse molécule qui intéresse les exobiologistes au plus haut point car cest un polymère qui combiné à dautres éléments dans de leau liquide donne des acides aminés et de ladénine, une des 4 bases de lADN (et un composant de lATP) que lon trouve au cur des cellules de tous les êtres vivant sur Terre .
Certains évoquent dès lors lidée que Titan serait une sorte de « Terre primitive mise au congélateur » (température de 180°C au niveau du sol et très peu de luminosité sous 1600 km de brumes) car son atmosphère rappellerait celle de notre planète à lorigine (méthane,azote, pression proche avec 1.5 bars
) avant que la vie ne la transforme par la photosynthèse.
Cependant lanalogie reste grossière car on pense que la terre primitive possédait surtout du CO2 comme sur Vénus.

Une vingtaine de composants organiques ont dores et déjà été identifiés sur Titan.
Doù la question : jusquà quel point a pu aller cette chimie prébiotique sur le chemin de la vie ? qui motiva certains scientifiques comme Daniel Gautier du LESIA (de lObservatoire de Paris-Meudon) à proposer dès 1982 à lAgence spatiale européenne dadjoindre une sonde de rentrée atmosphérique sur Titan à la future mission Cassini dexploration du monde de Saturne : lidée de Huygens était née.
LE CYCLE DU METHANE A LORIGINE DE NOMBREUX COMPOSES ORGANIQUES
Les instruments de Huygens, notamment le collecteur daérosols (particules en suspension qui forment les brumes de Titan) et le spectromètre-chromatographe ont été conçus pour analyser la composition atmosphérique et isotopique de Titan et étudier la présence de molécules organiques. Les modèles chimiques très complexes élaborés dans les années 90 prévoient 3 couches de brumes différentes suivant laltitude avec une décomposition du méthane très active dans les hautes couches qui donne de nombreux composés organiques par polymérisation dans les couches inférieures et un cycle du méthane semblable au cycle de leau sur Terre, le méthane sévaporant depuis la surface et une partie se condensant en altitude pour retomber en pluies ou en neiges.
Lazote connaîtrait un cycle similaire, de même que léthane. Mais tout ceci reste très hypothétique puisque les premières mesures atmosphériques réalisées par Cassini en 2004 ont infirmé la présence de certains gaz (comme largon) et décelé la présence de composés inattendus (benzène, diacétylène). Contrairement à ce que l'on croyait, Titan a perdu une grande partie de son atmosphère initiale. Le spectromètre de masse de Cassini a trouvé que latmosphère de Titan (95 % de N2) avait beaucoup plus disotopes lourds du nitrogène (azote) comparé à la forme légère. Les scientifiques pensent que quand les molécules de nitrogène se sont élevées vers la haute atmosphère, la forme légère a été balayée beaucoup plus efficacement.
UNE METEO ET UN SOL EXOTIQUES
Le 26 octobre 2004 ; Cassini a effectué le premier de ses 44 survols programmés de Titan, révélant les premières images IR et radar aussi précises de ce monde unique dans le système solaire.
Les premières surprises ont concerné la météo de Titan, sur laquelle on sait quil existe des vents très violents mais dont on ne connaît pas la circulation atmosphérique. Les images ont montré la présence dun vortex de nuages blancs au pôle sud tourné face au soleil en cette saison qui pourrait être formé déthane ou de polymères.

Animation du pôle Sud réalisée en octobre 2004
Celui-ci avait disparu au mois de Décembre où lon a observé par contre à des latitudes tempérées la présence de panaches nuageux. On ne sait pas encore si les formations nuageuses observées par Cassini au pôle sud ou par les télescopes terrestres utilisant une optique adaptative (Keck, Gemini...) à des latitudes moyennes ; sont dues à des changements saisonniers de température dans l'atmosphère qui peuvent influencer le "cycle du méthane" ou à une activité géologique (cryovolcanisme) qui produirait des sortes de geysers de méthane à certains endroits.
La nature de la surface est lautre grande question qui divise les scientifiques depuis une dizaine dannées. Les premières théories ont évoqué un gigantesque océan de méthane (qui peut être liquide dans les conditions de température et de pression) qui recouvrirait toute la surface. Puis les observations radar et infra-rouges menées par les grands télescopes terrestres (VLT, radiotélescope dArecibo ) et surtout grâce à Hubble en 1994 ont montré des zones dalbedo différent à la surface de Titan :

Animation du JPL montrant l'approche de Titan le 26 Octobre 2004: le continent blanc au profil découpé est surnommé Xanadu.
des zones claires très réfléchissantes (25%) qui pourraient être des continents recouverts de glaces dhydrocarbures (mais cela suppose des montagnes très élevées de + 5000 m) et des zones sombres (75 %) qui pourraient être des mers dhydrocarbures. Doù lespoir de découvrir lors de la descente dHuygens des paysages vraiment exotiques avec des mers agitées de vagues, des rivages, des falaises
ON NAGE TOUJOURS EN PLEIN BROUILLARD DEPUIS LES PREMIERS SURVOLS DE CASSINI
Pourtant le 26 octobre 2004 les images de Cassini dans linfrarouge percent lopacité de latmosphère et déroutent les scientifiques du JPL. Voici ce quon en sait aujourdhui début janvier 2005 par la presse, sachant que les images radar du survol du 13 décembre nont étrangement pas été commentées par la NASA et que des articles doivent sortir très prochainement dans la revue « Science » pour donner de premières hypothèses aux faits observés :
"La surface est beaucoup plus complexe que nous ne l'imaginions, avec des régions claires et d'autres beaucoup plus sombres, dont certaines ne sont vraisemblablement ni de la glace d'eau ni des lacs d'hydrocarbures, explique Mme Coustenis, astronome spécialiste de Titan. Nous sommes obligés de trouver d'autres explications."

Les images IR montrent une surface jeune et dynamique puisque dépourvue de cratères dimpact, ce qui suppose une activité géologique intense. Les signaux radars excluent la présence docéans et évoquent une topographie plutôt douce et dépourvue de pente (mais seule 1% de la surface a été sondée). Des stries blanchâtres sur des centaines de kilomètres dans les régions équatoriales évoquent laction éolienne ou de glaciers mais ne permettent toujours pas de trancher sur la nature des matériaux. Pour les zones sombres des images radar, les scientifiques semblent privilégier lhypothèse de lacs dhydrocarbures ou de composés organiques. De manière générale la surface de Titan est très riche en molécules carbonées tombées du ciel : on trouve en grandes quantités une sorte de « bouillie organique primordiale » qui recouvre le sol.

Image radar d'une surface complexe et active : on ne connait pas la nature des matériaux qui s'entremêlent
Sur le plan géologique, on évalue la composition interne de titan à 50 % de roches (cur rocheux) et 50 % de glaces (masses continentales). Le fait que Cassini n'ait pas détecté à ce jour de champ magnétique propre à Titan confirme que Titan ne possède pas de noyau liquide métallique.
Des structures linéaires (failles ?) évoquent une activité tectonique comme sur Triton ou Ganymède. La ligne de contact entre les zones claires et sombres pourrait être une ligne de plissures où de fines couches entrent en collision. Il nest toujours pas évident de préciser quelle part de la surface est liquide ou solide. « Nous commençons à voir quelques choses que nous reconnaissons, mais la plus grande part de ce que nous voyons est très exotique » a résumé la géophysicienne Laurence Soderblom.
DOU PROVIENT LE METHANE ?
Léquipe est aussi surprise par labsence de cratères volcaniques et cherche à expliquer lorigine du méthane et des autres gaz présents en abondance dans latmosphère de Titan. Ce gaz décomposé rapidement par les UV aurait dû disparaître en 10 millions danneés ! Il est renouvelé sur terre par les organismes vivants, mais sur Titan cest exclu. La piste privilégiée est donc que cela doit venir de lintérieur de la lune, mais par quel phénomène ? Selon Daniel Gautier, un océan liquide de méthane, dammoniaque et deau pourrait exister à 300 km de la surface piégé sous une croute de glace de 100 km. Cest dailleurs un des objectifs de Cassini dapporter la preuve de ces couches liquides profondes en mesurant les distorsions du champ de gravité de Titan en différents points.

Dans ce manteau liquide malaxé par leffet de marée de Saturne et l'accumulation d'éléments lourds radioactifs dans le cur de Titan (qui pourraient encore dégager une chaleur intense), les molécules de méthane et dammoniaque piégées dans les chlatrates (petites « cages » de molécules deau) remonteraient à la surface par des failles. Après ce dégazage lazote moléculaire serait produit ensuite par la dissociation du NH3 par les UV.
DES NICHES POUR LEVOLUTION MOLECULAIRE ?
On parle donc dune sorte de cryovolcanisme (volcanisme froid) qui cracherait des rivières deau, de méthane et dammoniaque qui joue le rôle dun antigel. Ces « laves » liquides mettraient quelques milliers dannées à se solidifier et entre temps une pluie de composés organiques y tomberaient depuis latmosphère : la solution serait donc de plus en plus concentrée. Cette hypothèse est particulièrement intéressante pour la chimie prébiotique car daprès lexobiologiste François Raulin « les tholins déposés à la surface seraient alors en contact avec de leau liquide » ( au moins dans des interstices proches de la surface).

Les tholins sont de grosses molécules complexes mal connues car on les forme en laboratoire en irradiant un mélange dazote et de méthane. On pense que ces oligomères C-H-N se forment par l'action des électrons suprathermiques du plasma de Saturne autour de 900-1000 kilomètres daltitude et servent de noyaux de condensation pour des gouttelettes déthane qui retombent sur le sol. Sils étaient durablement en contact avec de leau liquide chaude remontant du sous-sol, le solvant universel favoriserait des réactions chimiques et la formation dacides aminés !
Mais ces niches ont-elles bénéficié dune chaleur et surtout dun temps suffisant pour la fabrication de protéines ?
Dici à imaginer la vie, il y a un grand bond que personne ne se hasarde à faire

Sources :
Sîtes de la NASA (JPL, Ciclops, Astrobiology) et de lESA
Articles de Ciel & Espace de juillet 2004 et janvier 2005
Article dEspace Magazine de Janvier 2005
Article du Monde du 9 novembre 2004
Article dInterstars sur Titan
Crédit des images : NASA






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