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Des matériaux organiques sur Mars...

Au bout de près de six ans d'exploration du cratère Gale, sur Mars, le rover Curiosity de la Nasa a livré une découverte qui pourrait faire date dans la quête de traces de vie sur la Planète rouge : les molécules organiques seraient abondantes dans les roches martiennes, et du méthane – la molécule organique la plus simple – est libéré de façon saisonnière dans l’atmosphère ténue.

Ces deux découvertes proviennent de l’analyseur d’échantillons Sam (Sample analysis at Mars) de Curiosity, un laboratoire de chimie miniaturisé qui analyse les gaz de l’atmosphère et ceux dégagés par la combustion d’échantillons de sol. Des échantillons d’argiles anciennes ont ainsi libéré diverses molécules organiques, et une étude distincte portant sur cinq années d’échantillons atmosphériques recueillis par l’instrument Sam a permis de suivre les fluctuations de la concentration de méthane, qui se révèlent culminer au cours de l’été martien. Ces résultats sont publiés dans le journal Science.

Bien qu'alléchantes, ces deux découvertes restent loin d’être concluantes sur l’existence d’une vie passée ou présente sur Mars. Le méthane est omniprésent dans des endroits tels que l’atmosphère des planètes géantes gazeuses. Il peut aussi provenir d’interactions non organiques entre de l’eau liquide et des roches chaudes. D’autres molécules organiques simples sont pour leur part présentes dans les météorites et les nuages de gaz interstellaires. « À moins de prendre en photo un fossile dans une roche martienne, trouver des preuves indiscutables de la vie est très difficile », précise Chris Webster, chimiste au Jet Propulsion Laboratory et auteur principal de l’étude sur le méthane.

Le carbone manquant sur Mars

Il n’est pas surprenant que Mars recèle des molécules organiques. Comme toutes les planètes de notre Système solaire, elle reçoit de l’espace une pluie incessante de micrométéorites et de poussières riches en carbone. Pourtant, lorsque les sondes jumelles Viking de la Nasa ont atterri sur Mars en 1976, leurs analyses ont révélé quelque chose d’étonnant : le sol martien semblait contenir moins de carbone que les roches dénuées de vie de la Lune. « Ce fut une grande surprise », dit Caroline Freissinet, exobiologiste et coauteure de l’étude sur les argiles de Curiosity au laboratoire Atmosphère, milieux, observations spatiales (Latmos), à l’université de Versailles. « Malheureusement ça a ralenti tout le programme consacré à Mars. »

Depuis, les scientifiques ont activement cherché le carbone manquant sur Mars – ou du moins une explication à son absence. Un indice crucial est apparu en 2008, lorsque l’atterrisseur Phoenix de la Nasa a trouvé des sels de perchlorate – des molécules très réactives contenant du chlore – dans des échantillons de sol près du pôle nord martien. Combinés aux ultraviolets de haute énergie et aux rayons cosmiques, les perchlorates détruiraient toute matière organique à la surface, laissant peu de choses à dénicher pour les atterrisseurs et les rovers à la recherche de carbone. Certains chercheurs ont spéculé que les traces restantes d’éléments organiques – et donc tout signe de vie passée ou présente – étaient enfermées dans les profondeurs de Mars.

En 2015, Curiosity a réalisé une première avancée dans la détection de molécules organiques sur Mars, en établissant la présence de composés carbonés contaminés au chlore dans des échantillons de sol chauffés à plus de 800 °C dans l’analyseur Sam. Mais au début de la mission du rover, les chercheurs se sont rendu compte que des réactifs chimiques riches en carbone s’échappaient de certains composants de l’instrument, contaminant potentiellement les échantillons. Pour pallier cette contamination, l’équipe de Curiosity s’est concentrée sur la recherche d’autres substances organiques contenant du chlore, et a limité les passages ultérieurs dans le four de l’analyseur à des températures entre 200 et 400 degrés.

Dans leur nouvelle étude, l’équipe de Caroline Freissinet a vérifié les points qui auraient pu échapper à cette première procédure restrictive. Après avoir soigneusement pris en compte la contamination par l’instrument, les chercheurs ont cuit des échantillons d’argilite vieux de 3 milliards d’années à plus de 500 degrés, une température à laquelle les perchlorates auraient dû être complètement brûlés. Dans les cendres résiduelles, ils ont trouvé des thiophènes – des molécules cycliques relativement petites et simples contenant à la fois du carbone et du soufre. Ce dernier élément, pensent-ils, proviendrait d’un minéral riche en soufre appelé jarosite que les précédentes études de Curiosity avaient mis en évidence dans des gisements vieux de 3,5 milliards d’années dans le cratère Gale, une époque où le celui-ci était chaud, humide et apparemment habitable. Les chercheurs soupçonnent que le carbone des thiophènes provient de molécules organiques plus grosses, encore non identifiées, qui ont été piégées et préservées à l’intérieur de la jarosite pendant des milliards d’années.

Malgré le caractère un peu parcellaire de cette dernière découverte, George Cody, un géochimiste de la Carnegie Institution for Science, qui n’était pas impliqué dans l’étude, considère qu’il s’agit d’un pas en avant impressionnant. La présence de ces molécules plus grosses, dit-il, fait penser à des réservoirs de carbone bien préservés, cachés à la surface martienne et juste en-dessous – une perspective qui renforce les arguments en faveur de futures missions visant à collecter des échantillons et à les ramener sur Terre. « Si on peut déceler cela sur Mars, imaginez ce qu’on pourrait faire avec les dispositifs d’analyse que nous utilisons sur Terre », dit-il.

Des pics de méthane saisonniers

Entre-temps, Curiosity a entrepris ce que Chris Webster qualifie de « mesures les plus importantes de méthane sur Mars effectuées à ce jour ». Ce gaz est important parce que la plus grande partie du méthane sur Terre est produite par des microbes méthanogènes, qui sont communs dans les environnements pauvres en oxygène. Le méthane est également rapidement dégradé par le rayonnement ultraviolet, de sorte que toute trace de méthane découverte sur Mars a probablement été libérée récemment. En utilisant l’instrument Sam, Webster et ses collègues ont mis en évidence une concentration persistante de méthane d’environ 0,4 partie par milliard dans l’atmosphère au-dessus du cratère de Gale au cours des cinq dernières années – une trace à peine détectable, certes, mais suffisante pour éveiller l’intérêt des exobiologistes. Fait révélateur, la concentration de méthane semble grimper périodiquement au fil des saisons martiennes : elle est environ trois fois plus élevée pendant l’été ensoleillé que pendant l’hiver, plus sombre et plus froid.

Cette périodicité est pour Chris Webster la partie la plus enthousiasmante des résultats de son équipe. Des recherches antérieures avaient mis en évidence des dégazages sporadiques de méthane sur Mars, mais jamais d’événements saisonniers récurrents. « C’est comme quand vous avez un problème avec votre voiture. Si ça ne se répète pas, vous ne pouvez pas savoir ce que c’est. » Ce méthane, selon lui, pourrait provenir d’aquifères qui fondent pendant l’été martien, libérant de l’eau qui s’écoule sur des roches souterraines profondes pour produire du gaz frais. Ou bien il pourrait avoir été éjecté il y a des milliards d’années par des processus géologiques ou biologiques, puis piégé dans des matrices de glace et de roches qui fondent lorsqu’elles sont réchauffées par le Soleil. Et, bien sûr, il y a toujours la possibilité que des organismes méthanogènes dorment encore aujourd’hui dans le sous-sol de Mars, se réveillant périodiquement pendant les saisons plus clémentes pour émettre leur signature gazeuse.

D’autres scientifiques, qui n’ont pas participé à ces travaux, ont un avis plus mitigé. Michael Mumma, exobiologiste au Goddard Space Flight Center de la Nasa, considère que ces mesures sont importantes et affirme qu’elles viennent confirmer ses propres détections indépendantes (et controversées) de panaches de méthane sur Mars, réalisées à l’aide de télescopes terrestres. Mais Marc Fries, un planétologue conservateur de la collection de poussière cosmique du Johnson Space Center de la Nasa, est plus sceptique. Il souligne que les météorites riches en carbone et la poussière tombant dans l’atmosphère martienne pourraient produire les quantités de méthane observées, et que la périodicité d’une année à l’autre n’est pas entièrement compatible avec le calendrier des saisons martiennes. « Une approche rigoureuse fondée sur les preuves disponibles commence par l’explication par défaut, scientifiquement prudente, qui est que Mars est et a toujours été dénuée de vie », déclare M. Fries. « Pour valider une hypothèse contraire, il faut des preuves très solides. » De tels tests pourraient bientôt voir le jour, grâce aux données de la sonde européenne et russe ExoMars Trace Gas Orbiter. Elle est arrivée en orbite autour de Mars en 2016 et cartographie maintenant les concentrations de méthane et d’autres gaz depuis l'espace.

Pour sa part, Chris Webster affirme qu’il n’a pas de préférence entre les différentes explications et pense qu’il faudra beaucoup de temps avant de pouvoir tirer des conclusions définitives. De tels progrès, incrémentaux, sont dans la nature même du programme d’exploration de Mars de la Nasa, note Caroline Freissinet. « Cela se fait étape par étape, mission après mission. »

Source : Pour la science
Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS

Cet autoportrait du rover martien de la NASA montre le site à partir duquel il est descendu pour forer dans une roche appelée Buckskin sur le bas du mont Sharp.