Une étonnante odyssée des alcalins à l'intérieur de la lune glacée Europe

La présence de sodium (Na) et de potassium (K) sous forme d'atomes neutres, découverte il y a une quinzaine d'années dans l'exosphère d'Europe, pose la question de leur origine. Cette observation pourrait s'interpréter par une contamination attribuée soit au volcanisme voisin de Io, autre satellite de Jupiter, soit à un bombardement météoritique. Cependant, aucun de ces deux mécanismes ne fournit une explication satisfaisante du rapport Na/K observé. Une équipe pluridisciplinaire pilotée par des chercheurs français a montré qu'à contrario de ces origines exogènes, un mécanisme d'apport depuis l'intérieur d'Europe permettrait de répondre à la question posée.


Europe cache un océan liquide sous une épaisse couche de glace. Il a déjà été suggéré que cet océan pourrait abriter des formes de vie. Le fait que Na et K soient considérés comme des ingrédients clés en biochimie amène donc à se poser la question de savoir si leur présence dans l'atmosphère de Europe ne constituerait pas une signature de la composition de l'océan interne. Le scénario global est résumé dans la Figure.

Les auteurs considèrent que les alcalins dans l'océan proviennent du lessivage du coeur rocheux juste après la formation du satellite et se sont retrouvés sous forme d'ions Na+ et K+ tels qu'ils étaient piégés initialement dans les matériaux réfractaires. Une estimation de l'abondance de ces ions a pu être établie dans la phase liquide à partir des données géochimiques existantes obtenues à partir de l'analyse de fluides géothermiques en Islande. Au cours du refroidissement de la lune de Jupiter, une couche de glace se serait ensuite formée à la surface de l'océan, son épaisseur augmentant avec le temps. Durant ce processus, les corps étrangers comme Na+ et K+ auraient été naturellement encapsulés dans la matrice de glace. Le transfert vers la surface se serait effectué par convexion interne dans la couche de glace, mécanisme connu sous le nom de “diapirisme“. La simulation numérique à l'aide des méthodes quantiques de traitements périodiques de l'état solide montre que ces atomes acquièrent progressivement une forme neutre en arrivant à la surface du satellite avec un rapport Na/K qui serait analogue à celui mesuré dans l'exosphère. L'irradiation de la surface d'Europe en raison du champ magnétique intense de Jupiter expliquerait alors l'éjection de Na et K avec les autres constituants de son exosphère.

Ce travail théorique doit être mis en perspective des prochaines missions robotisées programmées pour l'étude du système de Jupiter et espérées à l'horizon 2030 de la NASA (Europa Clipper) et de l'ESA (JUICE). La capacité de telles missions à mesurer de façon précise la composition de l'exosphère d'Europa permettrait de clarifier les questions rémanentes sur la composition de l'océan sous-glaciaire et la nature des échanges chimiques avec la surface.