Mise à jour le 14 Mai 2011
 
 
CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF
"L’EAU DANS LE SYSTÈME SOLAIRE"
Par Thérèse ENCRENAZ
Astrophysicienne au LESIA, Dr de recherche CNRS.
Au FIAP, 30 rue Cabanis, 75014 Paris (métro Glacière).
Le Mercredi 11 Mai 2011 à 20H30
 
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos et des animations.
(Thérèse Encrenaz a eu la gentillesse de nous donner sa présentation complète (elle est disponible sur ma liaison ftp et s'appelle.
H2O-SAF-encrenaz-2011.ppt elle est dans le dossier CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2010/2011)
 
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
 
Le compte rendu sera succinct étant donné que la présentation est disponible au téléchargement.
 
 
 
 
 
 
 
Thérèse Encrenaz est astrophysicienne au LESIA et a travaillé sur de nombreux projets spatiaux.
 
Signalons aussi qu’elle a été pendant longtemps Vice Présidente de l’Observatoire de Paris.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
L’EAU ÉLÉMENT INDISPENSABLE .
 
•Une molécule qui nous est familière…
•Une molécule indispensable à la vie sur Terre
•Une molécule omniprésente dans l’Univers
•Un rôle essentiel dans la formation des planètes du système solaire
•Un rôle essentiel dans l’évolution des planètes telluriques
•L’eau liquide: un traceur possible de la présence de vie sur les exoplanètes
 
On recherche de l’eau dans notre système solaire , par exemple sur Mercure ou sur la Lune, mais pas seulement, sous la surface de Mars ou  à l ‘intérieur de certains satellites des planètes géantes.
La recherche se poursuit aussi au niveau des exoplanètes.
 
 
L’eau ; une molécule toute simple  qui possède les propriétés suivantes :
 
•Présente sur la Terre sous ses trois formes: solide, liquide, vapeur
•Liquide sur un large intervalle de températures
•Excellent solvant, favorise les réactions chimiques
•Rôle essentiel dans le développement de la vie
 
 
Elle est aussi très abondante dans l’Univers si on considère la courbe d’abondance des éléments dans l’Univers, l’Oxygène est le corps le plus abondant après H et He comme on le voit sur le graphe ci-contre et l’eau c’est H2O.
 
 
 
 
 
 
 
Comment observer l’eau, si elle si abondante ?
 
Grâce à ses raies d’absorption dues à ses différents modes de vibrations.
 
Elles se trouvent toutes dans le domaine IR.
Les principales raies sont situées à : 2,7 µ et 6,2 µ.
Il en existe d’autres dans l’IR lointain vers 20 µ.
 
Donc pour observer l’eau il faut aller dans l’espace (IR est absorbé par l’atmosphère terrestre)
 
 
 
 
 
C’est le satellite ISO de l’ESA qui découvrit le premier de l’eau extra terrestre, dans des étoiles évoluées et dans des zones de formation d’étoiles comme Orion.
 
Puis, Spitzer de la NASA et Herschel de l’ESA prennent le relais.
 
 
 
L’EAU COMME ÉLÉMENT INDISPENSABLE À LA NAISSANCE ET À L’ÉVOLUTION DES PLANÈTES.
 
Les planètes se sont formées au sein d’un disque proto-planétaire, par effondrement gravitationnel d’une nébuleuse en rotation. (phénomène courant dans l’Univers que l’on observe tous les jours).
 
Lors de l’effondrement il y a agrégation des particules solides, les corps ainsi créés croissent de plus en plus.
 
Dans ce disque, la température décroît avec la distance au Soleil.
 
·        Près du Soleil (<300 K) seuls les silicates et les métaux sont sous forme solide -> faible masse solide disponible -> cela va donner naissance à des planètes telluriques
·        Loin du Soleil, les éléments H2O, CH4, NH3… sont sous forme de glace donc disponibles pour former de gros noyaux -> effondrement du gaz protosolaire environnant (H, He) dès que    Mn >10-15 MT -> naissance de planètes géantes
·        L’eau est la molécule la plus abondante et la première à condenser -> marque la ligne des glaces
 
 
Les petits corps qui n’ont pas été accrétés, vont eux aussi donner naissance aux astéroïdes (près du Soleil, riches en roches) et aux comètes (loin du Soleil riches en glace).
 
En 1986, au passage de la comète de Halley, on détecte bien de l’eau dans ses émissions. Plus tard de même avec Hale Bopp et autres comètes.
 
 
LES PLANÈTES GÉANTES.
 
 
Apparemment il semble exister deux classes de planètes géantes :
·        Jupiter et Saturne qui se sont formées vers 5 et 10UA, ce sont des géantes gazeuses. En effet une grande masse était disponible juste au delà de la ligne des glaces
·        Uranus et Neptune formées au delà de 10UA, avaient moins de matière à disposition (la densité de matière diminue vers le fond du système solaire), très peu de gaz, ce seront des géantes glacées.
 
 
Concernant les satellites galiléens, on pense qu’ils ont (sauf Io) de la glace d’eau en surface. Un de ces satellites, Europe est particulièrement intéressant, car il y a certainement sous sa couche de glace un océan d’eau en contact avec l’assise rocheuse. Il existe en effet un champ magnétique induit qui indique la présence d’une masse liquide en mouvement.
 
 
Quant à Saturne, les anneaux sont constitués de multitude de grains de glace, mais la surprise ce fut, Titan, le plus gros satellite de Saturne ; Huygens se pose sur des galets de glace d’eau, dans le lit d’une ancienne rivière de…méthane.
 
Autre surprise du monde des anneaux, le petit satellite Encelade, ses geysers d’eau alimentent l’anneau E. il y aurait de l’eau liquide sous la surface.
 
Les anneaux d’Uranus et de Neptune seraient eux aussi constitués de glace d’eau et de matériau réfractaire.
 
 
 
LES PLANÈTES TELLURIQUES.
 
 
Vénus, la Terre et Mars ont eu des atmosphères primitives semblables, mais des destins très différents.
 
VÉNUS.
 
·        Atmosphère très dense et très chaude: Ts = 730 K, Ps = 93 bars
·        Composition dominée par CO2 (97%) et N2 (3%) + traces de SO2, H2S, CO, H2O
·        Épaisses couches nuageuses de H2SO4 entre 40 et 60 km d’altitude, opaques au rayonnement visible
 
Vénus subit un effet de serre intense dû à H2O et CO2 :
·        Le rayonnement solaire visible chauffe la surface qui émet dans l’infrarouge
·        Les gaz atmosphériques absorbent ce rayonnement et chauffent à leur tour ; la température de surface augmente et l’effet s’amplifie
 
 
L’eau lourde est un indicateur de cette présence passée d’eau sur cette planète.
 
En effet l’eau lourde est très abondante sur Vénus, 120 fois plus que sur Terre ; cela signifie que l’eau normale (plus légère) s’est, elle échappée de la planète.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MARS.
 
 
·        Petite planète : R =0.6 RT, d= 3.9 g/cm3, M = 0.1 MT , orbitant à 1,5UA du Soleil
·        Forte obliquité (24°) -> effets saisonniers comparable à ceux de la Terre
·        Atmosphère froide et ténue de CO2 (95%) +       N2  (3%) + traces de H2O et CO
·        Psol = 0.006 bars, Tsol (moyen) = 220 K avec de fortes variations saisonnières
·        Calottes polaires de CO2 et H2O
 
 
 
 
On observa aussi une concentration d’eau lourde forte (5 fois plus que sur Terre), signe aussi que Mars a évaporé son eau au début de son histoire.
 
On sait par de nombreuses photos que l’eau a coulé sur Mars dans le lointain passé, mais combien de temps ?
 
L’eau serait sous forme d’argiles dans les terrains les plus anciens ‘presque tous dans l’hémisphère Sud).
 
Sûrement très tôt dans son passé, puis Mars est devenu une planète stérile.
Si la vie a existé sur Mars, il faut la chercher dans on premier milliard d’années.
 
 
 
 
Il reste de nombreuses questions ouvertes concernant Mars, Thérèse Encrenaz les énumère :
 
·        Quel volume d’eau dans le sous-sol de Mars?
·        Mars a-t-elle connu un climat plus chaud et humide dans le passé?
·        Combien de temps l’eau liquide a t-elle pu  séjourner?
·        Si oui, la vie a t-elle pu apparaître?
·        Si oui, pouvons-nous y trouver des traces de vie fossile? •
·        Le méthane est-il présent sur Mars? Si oui,  quelle est son origine (biogénique ou abiotique)?
 
Les prochaines missions martiennes (MSL-Curiosity et Exomars) devraient nous aider à y voir plus clair.
 
 
LA TERRE.
 
 
 
·        Un cas intermédiaire entre Vénus et Mars
·        Une atmosphère primitive proche de celle de Vénus (CO2, N2, H2O)
·        Une température permettant la présence d’eau liquide -> CO2 piégé dans les océans sous forme de CaCO3 (calcaire)
·        Apparition de la vie -> accumulation de O2 et formation de la couche d’ozone
 
Ce qui nous a sauvé, c’est l’eau liquide qui a piégé le CO2 en créant des calcaires. Notre effet de serre a ainsi été modéré.
 
 
Ces trois planètes : Vénus, la Terre et Mars pourquoi sont-elles si différentes ??
Elles ont eu des atmosphères primitives comparables, alors ??
 
 
Thérèse Encrenaz conclue sur la recherche de l’eau et des signes de vie (Ozone par exemple) sur les exoplanètes.
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
Th. Encrenaz a écrit de nombreux ouvrages dont :
 
À la recherche de l'eau dans l'Univers par Th. Encrenaz 
 
Les planètes extra solaires par Th Encrenaz chez Belin
 
Les planètes, les nôtres et les autres par Th Encrenaz chez EDP
 
 
Les fontaines d’Encelade.
 
 
On lira avec intérêt cet article sur l'Emission characteristics of water in the Universe
 
 
Electromagnetic absorption by water
 
Les atmosphères planétaires par Th Encrenaz LESIA le 10 Mars 2005 SAF/commission cosmologie
 
 
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin   membre de la commission de cosmologie de la SAF
www.planetastronomy.com
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