Formation et Développement des Lacs de Titan : Interprétation Géomorphologique d’Ontario Lacus et Analogues Terrestres Thomas Cornet To cite this version: Thomas Cornet. Formation et Développement des Lacs de Titan : Interprétation Géomorphologique d’Ontario Lacus et Analogues Terrestres. Planétologie. Ecole Centrale de Nantes (ECN), 2012. Français. NNT : 498 - 254. tel-00807255v2 HAL Id: tel-00807255 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00807255v2 Submitted on 28 Nov 2013 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. Ecole Centrale de Nantes ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES POUR L’INGENIEUR, GEOSCIENCES, ARCHITECTURE Année 2012 N° B.U. : Thèse de DOCTORAT Spécialité : ASTRONOMIE - ASTROPHYSIQUE Présentée et soutenue publiquement par : THOMAS CORNET le mardi 11 Décembre 2012 à l’Université de Nantes, UFR Sciences et Techniques TITRE FORMATION ET DEVELOPPEMENT DES LACS DE TITAN : INTERPRETATION GEOMORPHOLOGIQUE D’ONTARIO LACUS ET ANALOGUES TERRESTRES JURY Président : M. MANGOLD Nicolas Directeur de Recherche CNRS au LPGNantes Rapporteurs : M. COSTARD François Directeur de Recherche CNRS à l’IDES M. DELACOURT Christophe Professeur des Universités à l’Université de Bretagne Occidentale Examinateurs : M. BOURGEOIS Olivier Maître de Conférences HDR à l’Université de Nantes M. GUILLOCHEAU François Professeur des Universités à l’Université de Rennes I M. LEBRETON Jean-Pierre Chercheur Associé au CNRS-LPC2E d’Orléans M. LE MOUELIC Stéphane Ingénieur de Recherche au CNRS-LPGNantes Invité : M. RODRIGUEZ Sébastien Maître de Conférences à l’Université Paris Diderot Directeur de thèse : M. Olivier BOURGEOIS Laboratoire : Laboratoire de Planétologie et Géodynamique de Nantes (LPGNantes) Co-encadrant : M. Stéphane LE MOUELIC Laboratoire : Laboratoire de Planétologie et Géodynamique de Nantes (LPGNantes) N° ED : 498 – 254 Formation et Développement des Lacs de Titan : Interprétation Géomorphologique d’Ontario Lacus et Analogues Terrestres Résumé : La sonde Cassini a révélé en 2006 l’existence de lacs et de mers dans les régions polaires de Titan, la principale lune de Saturne. Ces lacs seraient remplis de méthane et d’éthane liquides, métastables à la surface de Titan, tout comme l’est l’eau sur Terre. La forme arrondie des dépressions dans lesquelles ils résident suggère une formation des dépressions par des processus volcaniques, thermokarstiques, karstiques ou évaporitiques. Cette thèse vise donc à comprendre le mécanisme de formation et le développement des dépressions lacustres sur Titan. L’étude comparative entre Ontario Lacus, la plus grande dépression lacustre de l’hémisphère Sud, et le pan d’Etosha, une dépression karsto- évaporitique de Namibie, suggère un scénario de formation basé sur la dissolution d’une couche superficielle soluble dans les liquides. Cette couche se formerait par (1) cristallisation évaporitique sous climat aride de composés organiques dissous dans les liquides, et/ou (2) accumulation en surface d’hydrocarbures solides synthétisés dans l’atmosphère. Les analogies entre d’autres dépressions lacustres sur Titan et sur Terre semblent indiquer que la dissolution et l’évaporation jouent un rôle prépondérant dans le façonnement et l’évolution de la surface de Titan. La comparaison entre les climats de Titan et de la Terre indique l’existence d’un climat globalement aride, plus humide aux hautes latitudes, compatible avec les mécanismes karstiques et évaporitiques suggérés. Des expériences en laboratoire, des cartographies de composition de la surface et des études géomorphologiques futures apporteront des contraintes supplémentaires sur le lien entre ces processus et le climat de Titan. Mots-clés : Titan, Surface, Lacs, Géomorphologie, Dissolution, Évaporation, Climat, Télédétection Formation and Development of Titan’s lakes: Geomorphological Interpretation of Ontario Lacus and Terrestrial Analogues Abstract: The Cassini spacecraft has revealed in 2006 the existence of lakes and seas in the polar regions of Titan, Saturn’s major moon. These lakes would be filled by liquid methane and ethane, metastable on Titan’s surface, such as water is on Earth. The rounded shape of the depressions in which they lie suggests a depression formation related to volcanic, thermokarstic, karstic or evaporitic processes. This thesis thus aims at understanding formation mechanisms and the development of the lacustrine depressions on Titan. The comparative study between Ontario Lacus, the largest lacustrine depression of the southern hemisphere, and the Etosha pan, a karsto-evaporitic depression of Namibia, suggests a formation scenario based on the dissolution of a superficial layer soluble in the liquids. This layer would form by (1) evaporitic crystallization under an arid climate of organic compounds dissolved in the liquids, and/or (2) surface accumulation of solid hydrocarbons synthesized in the atmosphere. The analogies between other lacustrine depressions on Titan and on Earth seem to indicate that dissolution and evaporation play a predominant role in the shaping and the evolution of Titan’s surface. The comparison between Titan’s and Earth’s climates indicates the existence of an overall arid climate, more humid at high latitudes, compatible with the suggested karstic and evaporitic mechanisms. Future laboratory experiments, compositional mapping of the surface and geomorphological studies will bring further constraints on the link between these processes and Titan’s climate. Keywords: Titan, Surface, Lakes, Geomorphology, Dissolution, Evaporation, Climate, Remote Sensing Discipline : Sciences de l’Ingénieur Remerciements Faire un doctorat est une épreuve longue, intense, qui est rendue possible grâce au soutien et aux encouragements permanents des collègues, des amis et de la famille ! Après ces trois années passées en thèse à étudier un lac en forme de pied (ou de cacahuète, au choix), je tiens à remercier beaucoup de personnes, toutes ayant contribué de près ou de loin à la réussite de cette thèse (je vais essayer de faire court. .). Avant toute chose et d’une manière générale, je souhaiterais remercier l’ensemble du personnel du Laboratoire de Planétologie et Géodynamique de Nantes 1, permanents et non-permanents, pour m’avoir permis de travailler dans une ambiance aussi agréable (et pleine de café) ! Il y a les personnes qui ont directement contribué à la thèse. Je souhaite remercier spécialement mon directeur de thèse, Olivier Bourgeois, et mon co- encadrant, Stéphane Le Mouélic, pour m’avoir si bien conseillé et sans qui cette thèse ne serait pas ce qu’elle est aujourd’hui ! Bon. En même temps, je savais où je mettais les pieds, puisque l’aventure a commencé durant mon stage de Master 1... En tout cas, un grand merci à tous les deux pour votre disponibilité, pour votre aide et votre soutien à tous moments, pour votre calme dans toutes les situations, pour votre pédagogie ainsi pour que votre bonne humeur quotidienne... Cette liste n’est pas exhaustive, mais tout le monde aura compris le message : c’est vraiment très plaisant de travailler avec vous et j’espère réellement continuer à le faire dans les années à venir ! Olivier, tu m’auras fait découvrir la Namibie en 4 4, probablement mon plus beau voyage jusqu’ici. Moi, × je t’aurai fait découvrir Etosha et ses hyènes en pick-up(side down) à la tombée de la nuit (n’oublie pas : « un thésard doit savoir tout faire ! », y compris des cascades). Une expérience qui nous aura marqués (enfin. Surtout ton coude. .) et qui aura ajouté une touche « Bob Morane » au voyage. Stéphane, on aura effectué la « Route du Gras » ensemble ! Arizona, Nevada, des cactus et des burgers entre deux confs sous un soleil de Décembre... J’aurai même réussi à vendre la ballade comme une recherche d’analogues terrestres dis donc ! J’espère bien remettre ça au plus vite ! Une thèse de doctorat, ça se soutient ! Je remercie donc les membres de mon jury d’avoir accepté l’invitation, lu le manuscrit et effectué le déplacement pour juger mon travail. Merci à François Costard et à Christophe Delacourt d’avoir accepté la lourde tâche d’être rapporteurs de ce « pavé ». Merci à François Guillocheau et à Jean-Pierre Lebreton d’avoir accepté d’endosser le rôle d’examinateurs, et à Nicolas Mangold d’avoir présidé ma soutenance de thèse. Enfin, je 1. LPGNantes - Université de Nantes, UMR 6112 - CNRS - OSUNA, 2 rue de la Houssinière BP92208, 44322 NANTES Cedex 3, France. i ii Remerciements remercie Sébastien Rodriguez d’avoir répondu présent pour assister à ma soutenance en tant que membre invité. Vos relectures et vos remarques judicieuses auront notamment permis d’améliorer la qualité du manuscrit. Je tiens aussi à vivement remercier pour leur participation active à cette thèse : Sébastien Rodriguez, toujours de bons conseils, de bonne humeur, disponible, relax, adepte des bons gros burgers (présent lors de la « Route du Gras »), des beaux voyages et des défis en tous genres (un peu de sauce barbecue ?) ; Christophe Sotin, toujours très disponible, motivant, plein de bonnes suggestions, et qui m’aura permis de m’impliquer encore