Thème "Diversité des Mondes Glacés"

Sous-thème 2:  Évolution comparée des mondes glacés

2.1 Interaction fluides-roches et formation des océans internes

D’importantes interactions fluides-roches se sont vraisemblablement produites au sein des mondes glacés, en particulier lors de la différentiation interne, et ont pu perdurer jusqu’à maintenant dans les lunes les plus actives, notamment sur Encelade et Europe. Nous étudions ces processus d’interaction expérimentalement à l’aide d’un dispositif en piston-cylindres, pour des matériaux de type chondritique et des fluides aqueux représentatifs des lunes de glaces (fluides riches en NH3 et/ou CH3OH, CH4, CO2 ; pression élevée et température modérée (> 1 GPA, < 500-700 K)). Ces études expérimentales sont complétées par une modélisation  numérique (i) des processus de séparation des phases glacées et silicatées dans les satellites juste après leur formation et (ii) de l’évolution thermique des noyaux silicatés, permettant ainsi de déterminer les conditions dans lesquelles des interactions fluides-roches peuvent se produire et leurs implications pour la composition des océans internes. Ces études se font dans le cadre du projet ANR OASIS (2017-2021, piloté par le LPG (G. Tobie) et en partenariat avec ISTerre (Grenoble), CRPG (Nancy).

2.2  Structure et dynamique des hydrosphères: lunes de glace et planètes-océans

Depuis leur formation il y a plusieurs milliards d’années, les océans internes des lunes ont probablement fortement évolué. La structure actuelle de l’hydrosphère de ces lunes est le résultat d’un long processus d’évolution déterminé par leur composition initiale (fruit des interactions fluide-roche mentionnées ci-avant), par les sources de chaleur interne et par l’efficacité du transfert par convection thermique dans chacune des couches.  Afin d’apporter des contraintes théoriques sur l’évolution des hydrosphères des lunes géantes et planètes-océans, nous modélisons la dynamique des différentes couches (glace haute-pression, océan, glace basse-pression) et les mécanismes d’évolution des interfaces par cristallisation et fusion, en combinant les approches numérique et expérimentale. Cette approche combinée nous permet de dériver des lois d’échelle qui sont incorporées dans des modèles d’évolution. Une grande partie de ce travail s’effectue dans le cadre du projet Région Pays de la Loire « Pari Scientifique » EXPRODIL, piloté par le Laboratoire de Thermique et d’Energie de Nantes (coordinatrice : C. Castellain).

2.3  Dynamique et évolution des croûtes glacées

Bien que dominées par la glace d’eau, les croûtes de ces corps glacés incorporent de nombreux autres éléments à différents degrés de concentration. Nous nous intéressons donc à déterminer le rôle de la composition sur l’évolution et la dynamique des croûtes glacées. Il s’agit d’une part de mieux comprendre le rôle de la sublimation sur l’évolution morphologique des surfaces en effectuant des études comparées entre des objets ayant différentes compositions et soumis à des forçages solaires variés, à savoir Pluton-Charon, Europe-Ganymède-Callisto, Cérès, Mars et la Terre. Un second aspect concerne l’influence de la composition sur la rhéologie des couches de glace et par conséquent sur leur dynamique. Un dernier aspect consiste à déterminer la signature compositionnelle et morphologique en surface des processus internes en combinant  observation et modélisation numérique.