Un océan d’eau liquide se trouverait sous la surface glacée de Pluton

Formée il y a 4,6 milliards d’années, Pluton est composée d’un cœur rocheux en silicate entouré d’une épaisse couche de glace d’eau d’environ 300 km. En 2015, grâce aux images prises par la sonde New Horizons, les chercheurs ont repéré à sa surface ce que l’on appelle la plaine de Spoutnik Planitia, un bassin très profond rempli de glace d’azote, provoqué par un impact géant. De cet impact a résulté ce que l’on appelle une anomalie positive de masse, un surpoids. Pluton s’est alors placée de manière à ce que cette anomalie se trouve à l’opposé du centre de gravité commun du système Pluton-Charon, la lune de Pluton. Une des théories expliquant cette anomalie de masse est la présence d’un océan d’eau liquide sous la surface de la planète naine, mais la convection de la glace aurait dû tout geler il y a très longtemps. Une étude parue dans la revue Nature Geoscience par des scientifiques de l’Université d’Hokkaido (Japon) propose une réponse à cette intrigante anomalie.

2016, PREMIÈRES SPÉCULATIONS

C’est en 2016 que Francis Nimmo, l’un des auteurs de l’étude, avait théorisé la présence d’un océan d’eau liquide sous le manteau de Pluton pour expliquer l’anomalie positive décelée au niveau du bassin Spoutnik Planitia. En effet, comment expliquer un ajout de masse après un impact ? « Lors de l’impact qui a creusé le bassin, une remontée d’eau liquide pourrait avoir provoqué un affinement de la croûte de glace. L’ajout local d’eau liquide peut expliquer le surpoids » nous explique François Forget, chercheur au CNRS au Laboratoire de météorologie dynamique (LMD).

« Tout indiquait la présence d’eau liquide sous la surface de Pluton » ajoute le chercheur. Beaucoup plus dense que la glace, elle apparaît comme l’explication la plus plausible. Un mystère demeurait cependant ; pourquoi cette eau n’a-t-elle pas gelé par l’effet de convection et conduction [transfert thermique où le chaud se déplace vers le haut et le froid vers le bas] de la glace ? Sur Pluton, il n’y a de plus aucune source de chaleur pour justifier l’état liquide de l’eau. « Il y a très peu de source interne.

Pluton, à sa formation, était un corps très chaud ; elle est le résultat d’une accrétion de nombreux matériaux dont chaque impact chauffait l’ensemble. Certains matériaux sont de plus radioactifs et émettent de la chaleur. Mais il n’y a aucune autre source interne. » Ce manque de source de chaleur interne amène même la planète naine à se refroidir progressivement ; l’océan devenant de plus en plus fin avec le temps, la surface de Pluton se dilate et sa couche de glace se fissure. « Sa surface gonfle comme un muffin » explique François Forget. « L’anomalie de Spoutnik nous montre cependant qu’il pourrait rester de l’eau liquide sous la surface ».

Pour expliquer la longévité de cet océan, les chercheurs de l’Université d’Hokkaido ont proposé un modèle de réponse : une couche isolante, mélange d’eau et de méthane, se serait formée entre la glace en surface et l’océan. « On s’attend à ce que dans un monde si riche en molécules organiques, notamment de méthane, il se forme une sorte de couche protectrice. C’est ce que l’on appelle un Clatrate » précise le chercheur.

PLUTON, LA SEULE DANS SON CAS ?

Pluton n’est pas la seule dans ce cas. Dans notre Système solaire, beaucoup d’autres mondes glacés contiennent un océan d’eau liquide en leur sein. C’est le cas pour Europe, une des lunes de Jupiter, ou Encelade, lune de Saturne, dont les couches de glace sont renouvelées en permanence. « Sur toutes les lunes de planètes géantes, on pense en réalité qu’il y a un océan sous la surface » ajoute François Forget.

« À la différence de Pluton, l’explication pour ces corps est plus évidente ; leur source de chaleur interne est liée aux forces de marées gravitationnelles. Ces différentes lunes se perturbent et leurs orbites ne sont pas très circulaires » avance le chercheur. « Les forces gravitationnelles exercées par Jupiter par exemple varient donc, ce qui provoque des déformations. C’est comme si l’on prenait une petite cuillère. Si on la tord dans tous les sens, elle chauffe. » Pour ces corps, c’est la même mécanique qui se produit ; un dépôt d’énergie gravitationnelle sous forme de chaleur se crée à l’intérieur, maintenant l’eau à l’état liquide.

Pour Ganymède, orbitant autour de Jupiter, il a été démontré qu’il y avait bien un océan à l’intérieur grâce à son champ magnétique, dont l’explication est la circulation océanique d’eau salée.

« On aurait pu démontrer la présence de cet océan dans le sous-sol de Pluton, comme pour Ganymède. C’est d’ailleurs l’un des grands regrets de l’équipe de New Horizons ; il n’y a pas eu de magnétomètre à bord de la mission pour des raisons de place et de masse. Nous aurions pu observer directement la signature d’un océan liquide » conclut le chercheur.