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La lune de Jupiter, Europe, pourrait abriter des volcans actifs sur son plancher océanique

Une nouvelle étude menée en collaboration entre le LPG, l’Université Charles à Prague, et le JPL-Caltech (Pasadena) montre que le chauffage de marée serait en mesure de maintenir une activité volcanique sur le fond océanique de la lune de Jupiter, Europe.

Europe, une des quatre lunes galiléennes de Jupiter, est connue pour abriter un océan salé sous sa croûte de glace, faisant d’elle un des endroits les plus prometteurs pour rechercher des conditions favorables à l’émergence d’une vie en dehors de la Terre. Le potentiel d’habitabilité de cette océan est en grande partie conditionné par la quantité d’énergie qui pourrait être disponible sur le plancher océanique, peu contraint à ce jour.

Cette nouvelle étude,  publiée récemment dans Geophysical Research Letters, montre comment la lune pourrait avoir suffisamment de chaleur interne pour faire fondre partiellement son manteau rocheux, un processus qui pourrait nourrir des volcans sur le plancher océanique. La modélisation 3D mise en œuvre dans ce travail apporte pour la première fois des contraintes détaillées de l’effet du chauffage interne sur l’évolution de son intérieur rocheux.

 

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Á gauche, illustration de l’intérieur d’Europe caractérisé par un noyau métallique, un manteau rocheux chaud produisant des laves atteignant la base de l’océan, séparé de la surface par une épaisse couche de glace ©NASA/JPL-Caltech/Michael Carroll ; à droite, distribution des volumes de roches fondues produites dans le manteau d’Europe prédit par le modèle 3D mis en œuvre par Behounkova et al. (2021)

 

Le processus à l’origine de cette activité volcanique est lié aux forces de marée générées par Jupiter sur sa lune.  Alors qu’Europe tourne autour de la géante gazeuse, l’intérieur de la lune glacée se déforme périodiquement. A chaque cycle de marée, une petite partie de l’énergie mis en jeu par ces mouvements internes est convertie sous forme de chaleur (par exemple, comme un trombone s’échauffe quand on le plie de manière répétée). Ce phénomène s’appelle chauffage de marée. Plus le manteau se déforme, plus la chaleur est produite, ce qui au bout d’un certain temps entraine une fusion des roches.

Une activité volcanique au fond de l’océan d’Europe fait l’objet de spéculations depuis des décennies. Par comparaison, la lune Io de Jupiter est clairement volcanique. Des centaines de volcans y font régulièrement des éruptions volcaniques libérant des panaches de gaz et de poussières, atteignant des altitudes de plusieurs centaines de kilomètres – une activité liée au même type de chauffage interne causé par les forces de marée ​​dues à Jupiter. Mais, comme Europe est plus éloignée de Jupiter que l’est Io, et est donc
moins déformé, une activité comparable sous la surface glacée
d’Europe est encore incertaine.

Les simulations menées par Marie Behounkova et des collaborateurs du LPG démontrent qu’une activité volcanique a pu se produire tout au long de l’histoire d’Europe.  Bien que celle-ci soit beaucoup plus faible que sur Io à présent, cette activité peut être amplifiée durant certaines périodes, notamment, lorsque l’orbite d’Europe devient plus elliptique. Des variations cycliques de l’orbite d’Europe sont attendues en raison des interactions gravitationnelles avec les lunes Io et Ganymède, via ce que l’on appelle la résonnance de Laplace. En outre, les auteurs montrent que l’activité volcanique la plus récente devrait se concentrer dans les zones polaires d’Europe, là où la majeure partie de la chaleur de marée est générée. Les volumes de laves produites dans ces zones actives sont comparables aux volumes émis dans les grandes provinces volcaniques sur Terre.

L’existence de volcans sous-marins augmente considérablement le potentiel exobiologique de l’océan d’Europe car ils fournissent localement une source d’énergie pouvant alimenter des systèmes hydrothermaux, tels que ceux qui nourrissent la vie au fond des océans de la Terre. Sur Terre, lorsque l’eau de mer entre en contact avec du magma chaud, de l’énergie chimique est produite. C’est l’énergie chimique de ces systèmes hydrothermaux, et non la lumière du soleil, qui aide à maintenir la vie dans les profondeurs de nos océans. L’activité volcanique sur le fond marin d’Europe serait un moyen de soutenir un environnement habitable.

Ces prédictions pourront être testées lorsque les missions NASA Europa Clipper et ESA JUICE, dans lesquelles le LPG est impliqué, atteindront leurs cibles au début de la prochaine décennie. La sonde Europa Clipper effectuera des dizaines de vols proches d’Europe dont certains en dessous de 25 km d’altitude.  Ceci sera une occasion unique de chercher des indices d’activité récentes en surface et de détecter des gaz et minéraux témoignant d’activité volcanique et hydrothermale. Les survols à hautes latitudes permettront d’identifier des anomalies gravitaires et potentiellement magnétiques confirmant la concentration d’activité volcanique au niveau des pôles. La complémentarité entre Europa Clipper et JUICE permettra de reconstruire l’histoire récente des orbites d’Europe, Io et Ganymède, et d’évaluer ainsi la possibilité qu’Europe ait pu subir récemment un pic d’activité volcanique.

 

Référence bibliographique
M. Běhounková, G. Tobie, G. Choblet, M. Kervazo, M. Melwani Daswani et C. Dumoulin et al. Tidally Induced Magmatic Pulses on the Oceanic Floor of Jupiter's Moon Europa, Geophysical Research Letters, Vol. 48, pp. e2020GL090077. 2021 - https://doi.org/10.1029/2020GL090077