Les cristaux des lunes de glace

Les mondes-océans. C’est ainsi que l’on appelle les lunes glacées de Jupiter et Saturne. « Elles sont composées en grande partie de glace, explique Gabriel Tobie, planétologue au CNRS, au Laboratoire de planétologie et géosciences (LPG) de Nantes Université. Et dans les années 1990 et 2000, les missions Galileo et Cassini-Huygens ont montré que des océans pourraient se trouver sous les croûtes de glace de ces lunes. »

Un long voyage

La sonde Juice (Jupiter Icy Moons Explorer) est en route pour poursuivre l’exploration de Jupiter. Lancée en 2023, elle survolera la Terre le 19 septembre pour s’appuyer sur sa force de gravité et gagner de la vitesse. En 2031, elle arrivera autour de la planète géante. Et en 2034, elle se mettra en orbite autour de la plus grande de ses lunes glacées, Ganymède. « Pendant neuf mois, des campagnes d’observation vont la cartographier et déterminer sa structure interne. L’objectif est d’évaluer la profondeur de l’océan sous la glace et de chercher, sur la surface, des indices de sa composition chimique », détaille Gabriel Tobie. En étudiant la formation de ces lunes, les scientifiques ont compris qu’elles contiennent des composés organiques précurseurs de la vie, comme dans certaines météorites. Alors une grande question les anime : une vie primitive aurait-elle pu se développer sur ces mondes-océans ? 

Des cages de glace

« Nous aimerions mieux comprendre les cycles chimiques qui s’y produisent, poursuit-il. Car dans les lunes de glace, les pressions sont beaucoup plus élevées que sur Terre. » C’est l’objet du projet de la chercheuse Anna Pakhomova, qui collabore avec le LPG, et a reçu en 2025 la prestigieuse bourse européenne ERC Consolidator¹ pour poursuivre ses travaux. « J’étudie la cristallisation de l’océan sous de hautes pressions, explique-t-elle. Par une approche expérimentale, j’ai observé que des molécules organiques simples se retrouvent emprisonnées dans des cages formées par des molécules d’eau. Nous nous demandons maintenant si ces structures empêchent l’évolution chimique des molécules organiques, ou si au contraire, sous certaines conditions, elles pourraient être libérées dans l’eau et entrer en réaction. » Pour créer en laboratoire les hautes pressions observées sur les lunes de glace, la physicienne utilise une cellule à enclumes de diamant : l’échantillon reproduisant l’océan est positionné entre deux diamants aux pointes coupées. Lorsqu’une forte pression est appliquée, la cristallisation se produit. Puis, grâce à un rayon X très fin, la chercheuse analyse l’organisation des cristaux de glace, à l’échelle de l’atome. « Personne n’a vraiment étudié cela pour le moment », souligne Gabriel Tobie. Les résultats de ces expériences seront ensuite confrontés aux observations de la sonde Juice.