Impact de la fusion partielle sur la dissipation de marée dans les manteaux silicatés des lunes de Jupiter Io et Europe

Impact of partial melting on tidal dissipation in the silicate mantle of Jupiter’s moons Io and Europa

• Auteur / Autrice : Mathilde Kervazo
• Direction : Gaël Choblet, Gabriel J. R. Tobie, Caroline Dumoulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et des planètes
• Date : Soutenance le 09/12/2021
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Planétologie et Géosciences (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Sotin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emeline Bolmont, Henri Samuel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Chloé Michaut, Tim Van Hoolst

Mots clés

Mots clés contrôlés

Courants de marée

Activité volcanique

Jupiter

Europe (satellite)

Mots clés libres

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Résumé

La présence d'un océan interne sur Europe en contact direct avec le manteau silicaté, ainsi que l'activité volcanique spectaculaire observée sur Io, sa voisine, soulèvent la possibilité d'une activité volcanique sur le plancher océanique d’Europe. Une façon de générer une telle activité est la dissipation de marée dans un manteau silicaté (ou rocheux) partiellement fondu. L'objectif de cette thèse est d'étudier le rôle de la fusion partielle des manteaux d'Io et d'Europe sur la dissipation en cisaillement et en volume, la contribution de cette dernière n’ayant encore jamais été quantifiée auparavant dans un manteau silicaté. Pour ce faire, j’ai modélisé la déformation viscoélastique du manteau d’Io et d'Europe et j’ai quantifié l'influence d'une couche partiellement fondue, en supposant différentes lois rhéologiques paramétrisant l’effet de la fusion partielle sur les propriétés anélastiques des roches. Pour Io, j’ai déterminé la structure rhéologique du manteau silicaté en termes de distribution de la fusion partielle nécessaire pour expliquer le bilan thermique actuel. Pour Europe, j’ai estimé l'effet de l'accumulation du produit de fusion sur le taux de dissipation local de son manteau. Les résultats sont discutés en termes de flux de chaleur, de distribution et d'amplitude de la déformation de marée, de manière à pouvoir être comparés aux futures mesures des missions spatiales. Ces travaux montrent que l’effet de la fusion partielle sur la dissipation de marée en cisaillement et volume doit être pris en compte pour caractériser les corps planétaires telluriques, que ce soit dans le système galiléen, le système solaire ou les systèmes exoplanétaires.

The presence of a subsurface ocean on Europa in direct contact with the silicate mantle, along with the spectacular tidally driven volcanic activity exhibited by its neighbour satellite Io raise the possibility of seafloor volcanic activity, which has significant implications for Europa’s ocean habitability. One way to generate such an activity is tidal dissipation in a partially molten silicate (or rocky) mantle. The aim of this thesis is to investigate the role of melt presence in the mantle of Io and Europa on both shear and bulk dissipation, the contribution of the latter having never been quantified before in a silicate mantle. I model the viscoelastic deformation of Io’s and Europa’s mantle and quantify the influence of a partially molten layer, assuming rheological laws parameterizing the effect of partial melting on anelastic properties of rocks. For Io, I determine the rheological structure of the silicate mantle in terms of partial melt distribution required to explain the present-day heat budget. For Europa, I estimate the effect of melt accumulation on the local dissipation rate of its mantle. The results are discussed in terms of heat flux, distribution and amplitude of tidal deformation, so that they can be compared with future spacecraft measurements. This work shows that the effect of melt presence on both shear and bulk dissipation must be taken into account in order to characterize rocky planetary bodies in the galilean system, the Solar System or in exoplanetary systems.