À la surface des continents et dans les océans, sous terre ou dans les airs, la vie est partout. Or, si les espèces qui peuplent notre planète revêtent aujourd’hui une diversité sans pareil, il a bien fallu un commencement : quelques molécules d’abord, qui ont interagi, puis de simples cellules.

C’est sur les traces de ces tout premiers êtres vivants que se sont lancés de nombreux scientifiques. De l’Australie au Groenland, du fond de l’Atlantique aux confins de l’espace, ils traquent le moindre indice d’une activité biologique ancestrale. CNRS Le journal les a suivis dans leur quête.

Lire le journal : Pages 20 à 27

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SOMMES-NOUS SEULS DANS L’UNIVERS ?

100 milliards de galaxies, 300 milliards d’étoiles dans la Voie lactée… La Mission  Kepler vient de découvrir une nouvelle exoplanète : le débat scientifique sur la  possibilité d’une vie extra-terrestre est sinon relancé, du moins grand ouvert…

© Wikimedia Commons - 2011 / NASA

  Invités :

- Sophie Bécherel, journaliste scientifique de France Inter

 - François Raulin, professeur à l’Université Paris Est Créteil (UPEC), président de la société française d’exobiologie

 - François Forget, planétologue, Directeur de  recherches au CNRS, Institut Pierre Simon Laplace

- Stéphane Udry, Directeur de l’Observatoire de Genève, professeur au département d’Astronomie à l’université de Genève  

La mission américaine devrait être lancée vers Mars le 26 novembre prochain à bord d’une fusée Atlas V depuis Cap Canaveral, en Floride. Plusieurs instruments français participent à cette nouvelle ère de l’exploration martienne.

Crédits : CNES. www.cnes.fr, le journal de l’Espace

Et pour poser sur Mars un véhicule de 900 kg rien du plus simple :

Crédits : NASA, JPL

Le CNES, l’agence spatiale française, en partenariat avec le CNRS et les Universités, contribue à la mission américaine MSL qui doit atterrir sur Mars en 2012. MSL doit déterminer si la région explorée a connu un jour des conditions favorables à l’apparition de la vie. Elle devrait décoller vers Mars le 26 novembre 2011 à 16h02 (heure française) depuis Cap Canaveral en Floride sur un lanceur Atlas V541. La fenêtre de tir s’étend du 25 novembre au 18 décembre.

La mission MSL est sous la responsabilité du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA. Son enjeu est de déposer le Rover Curiosity, véhicule mobile équipé de 10 instruments scientifiques, sur le sol de Mars après environ 9 mois de voyage, puis explorer et analyser le cratère Gale afin de déterminer si les conditions propices au développement de la vie sur la planète rouge ont été un jour réunies. Véritable mission de tous les records, ce sont en tout 85 kg de matériel scientifique qui sont embarqués sur un véhicule de 900 kg – 10 fois plus de science qu’à bord des missions Spirit et Opportunity qui ont engrangé de nombreux records et résultats depuis 2004. MSL est prévu pour fonctionner une année martienne, soit environ 2 années terrestres.

Le Rover Curiosity : un véhicule de 900 kg à la surface de Mars

Pour le CNES et ses partenaires, l’implication française est double : participer à la conception et la réalisation technique de 2 des 10 instruments embarqués, ChemCam et SAM, ainsi qu’aux opérations à la surface de Mars en temps réel. L’agence spatiale française assure la maitrise d’ouvrage de la contribution française à MSL. Scientifiques et ingénieurs piloteront ensemble ChemCam et SAM, en particulier depuis un centre de mission basé au centre du CNES à Toulouse, le FIMOC.

L'instrument ChemCam. © CNES.

L’instrument ChemCam analysera par spectrométrie la lumière d’un plasma issu d’un tir laser sur des roches martiennes situées entre 2 et 7 mètres autour du Rover. Il est placé sous la responsabilité scientifique du Los Alamos National Laboratory (LANL) au Nouveau Mexique/USA et la coresponsabilité de l’Institut de Recherche en Astrophysique et Palnétologie à l’Observatoire Midi-Pyrénées à Toulouse (IRAP : CNRS, Université Toulouse III – Paul Sabatier).

L'instrument SAM

La suite instrumentale SAM réalisera des analyses des roches, du sol et de l’atmosphère afin de rechercher les composés chimiques liés au carbone, y compris le méthane, et associés à la vie. C’est la principale expérience d’exobiologie de la mission. Elle est placée sous la responsabilité du centre NASA Goddard Space Flight Center (GSFC) au Maryland/USA. Le Laboratoire ATmosphères, milieux, Observations Spatiales (LATMOS : CNRS, Université Versailles Saint Quentin-en-Yvelines, Université Pierre et Marie Curie, Institut Pierre Simon Laplace) et le Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA : CNRS, Université Paris-Est Créteil, Université Paris Diderot, Institut Pierre Simon Laplace) ont fourni le chromatographe en phase gazeuse (SAM-GC), l’un des 3 instruments de la suite SAM, et en assurent la coresponsabilité scientifique.

Sont parties prenantes de ces expériences les laboratoires suivants :

Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier)
Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (CNRS/Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Université Pierre et Marie Curie, IPSL)
Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (CNRS/Université Paris-Est Créteil/Université Paris Diderot, IPSL)
Géologie et Gestion des Ressources Minérales et Energétiques (CNRS/Université de Lorraine, Nancy)
Géosciences Environnement Toulouse (CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier, CNES, Institut de Recherche pour le Développement)
Institut d’Astrophysique Spatiale (CNRS/Université Paris Sud, Orsay)
Institut de Physique du Globe de Paris (CNRS/Universités de Paris-Diderot, Paris)
Institut des Sciences de la Terre (CNRS/Universités de Savoie/Université Joseph Fourier, Institut de Recherche pour le Développement, Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l’Aménagement et des Réseaux, Grenoble)
Laboratoire de Géologie de Lyon, Terre, Planètes, Environnement (CNRS/Université Claude Bernard, ENS Lyon)
Laboratoire de Planétologie et de Géodynamique de Nantes (CNRS/Université de Nantes, Nantes)
Laboratoire de Minéralogie et Cosmochimie du Muséum (CNRS, Muséum National d’Histoire Naturelle)

Un article de synthèse [1] récemment publié dans la revue Nature fait le point suite au nombre croissant de détections d’argiles et autres minéraux hydratés à la surface de Mars. Que nous apprennent ces minéraux sur l’histoire de la planète ? Les auteurs révèlent que la majeure partie des argiles détectées auraient été formées dans le sous-sol martien par des processus hydrothermaux plutôt qu’en surface dans des étendues d’eau liquide. Ces dernières auraient été relativement rares au cours de l’histoire de Mars, tandis que le sous-sol connaissait des conditions bien plus propices à l’émergence, voire au développement de la vie.

Depuis de nombreuses années, diverses formations géologiques liées à l’action de l’eau liquide (lits de rivières asséchées, deltas, anciens lacs…) ont été observées à la surface de Mars. L’image d’une planète Mars primitive au climat chaud et humide, et à l’atmosphère plus épaisse permettant un cycle hydrologique en surface semblable à celui de la Terre, était assez répandue. Mais depuis l’arrivée en orbite martienne des sondes Mars Express (2004) et MRO (2006), les indices sur l’environnement passé de Mars ne sont plus seulement morphologiques mais également minéralogiques. Les spectro-imageurs OMEGA et CRISM embarqués sur ces sondes ont détectés des minéraux hydratés (argiles et sulfates) formés en présence d’eau, dont la nature renseigne sur les conditions environnementales au moment de leur formation. C’est en se basant sur le nombre croissant de données acquises depuis 2004 et sur les mécanismes de formation des minéraux détectés que les auteurs de l’étude [1] proposent une nouvelle lecture de l’histoire de Mars.

Les cratères d’impacts et l’érosion exposent en surface des minéraux jadis enfouis dans le sous-sol martien. Les spectro-imageurs embarqués sur les sondes Mars Express et Mars Reconnaissance Orbiter permettent de déterminer leur nature en analysant la lumière qu’ils renvoient. (crédits : NASA/JPL-Caltech/JHUAPL)

Les argiles se forment généralement sur Terre via une érosion lente des roches par de l’eau liquide. Ce processus de formation a sans doute été similaire sur Mars, mais il n’a pas nécessairement eu lieu en surface. En effet, les argiles les plus abondantes sur Mars sont des smectites de fer et de magnésium (ex. : nontronite, saponite) dont la formation s’explique plus aisément par l’érosion de roches par de faibles quantités d’eau dans un système fermé (c’est à dire sans contact avec l’atmosphère) et à des températures relativement chaudes, jusqu’à 400°C pour certaines argiles détectées. Ces conditions de formation n’auraient pas été réunies à la surface de Mars : de grandes quantités d’eau en contact avec l’atmosphère auraient conduit à la formation d’argiles de composition élémentaire différente des smectites de fer et de magnésium observées en majorité sur Mars, dans la croûte des terrains les plus anciens.

Chronologie indiquant les ères géologiques de la planète Mars ainsi que la nature des environnements aqueux et des minéraux d’altération formés à l’époque et observés aujourd’hui dans différents endroits de la surface de Mars par CRISM et OMEGA. Figure adaptée de Ehlmann et al. 2011.

Selon ce scénario, de -4,1 à -3,7 milliards d’années, durant toute la période du Noachien, Mars a connu un sous-sol chaud et humide où avaient lieu des processus hydrothermaux entretenus par le bombardement météoritique, le volcanisme et le gradient géothermique. Cette sous-surface où les interactions entre eau liquide et roches étaient privilégiées a pu constituer un environnement idéal pour le développement et l’hébergement de systèmes vivants.

À l’inverse, la surface de Mars serait restée froide et aride, principalement gouvernée par des processus impliquant l’eau sous forme de glace ou de gaz, et seulement très ponctuellement sous forme liquide à la faveur de changements climatiques dus à une forte obliquité et/ou à des émissions volcaniques de gaz à effet de serre. Vers -3,7 milliards d’années, l’écoulement d’eau liquide en surface a pu connaître une activité importante, bien qu’éphémère, creusant lits de rivières et deltas, et formant des dépôts stratigraphiques d’argiles recouverts d’argiles riches en aluminium (ex. : montmorillonite) dont la formation est privilégiée en système ouvert (lorsque l’eau est abondante et en contact avec l’atmosphère). La disponibilité de l’eau liquide aurait été bien plus longue dans le sous-sol, avant de décliner progressivement avec la baisse des processus générateurs de chaleur (impacts, volcanisme et gradient géothermique évoqués précédemment).

Ce réseau fluviatile observé dans les terrains anciens de l’hémisphère sud de Mars par les orbiteurs Viking atteste de l’écoulement passé d'eau liquide sur Mars : mais pendant combien de temps ?... (crédits : NASA/JPL/Calvin Hamilton/LPI)

Ce scénario d’une planète Mars primitive à la surface froide et aride est en accord avec les modélisations atmosphériques [2] effectuées en laboratoire pour tenter de comprendre quel a pu être le climat martien il y a plus de 3,7 milliards d’années. Ces simulations numériques montrent qu’une atmosphère plus épaisse qu’aujourd’hui autour de Mars aurait effectivement permis une température de surface un peu plus chaude, mais cependant trop froide pour maintenir sur le long terme un climat chaud et humide comme sur Terre.

La sonde MAVEN (pour Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) qui sera lancée fin 2013 pourra apporter de nouveaux éléments de réponse. Elle analysera l’atmosphère martienne pour tenter de savoir si oui non elle était plus épaisse qu’aujourd’hui il y a environ 4 milliards d’années. Par ailleurs, le robot Opportunity analyse actuellement les rebords d’un cratère datant du Noachien autour duquel l’instrument CRISM a détecté des argiles. Enfin, le robot Curiosity de la mission Mars Science Laboratory sera lancé le 25 novembre et se posera début août 2012 dans le cratère Gale, notamment pour y analyser les argiles qui y ont été détectées.

Références :

[1] Bethany L. Ehlmann, John F. Mustard, Scott L. Murchie, Jean-Pierre Bibring, Alain Meunier, Abigail A. Fraeman & Yves Langevin, Subsurface water and clay mineral formation during the early history of Mars, Nature 479, 53–60, 3 novembre 2011, doi:10.1038/nature10582

[2] Ces modélisations sont réalisées au Laboratoire de Météorologie Dynamique de l’Université Pierre et Marie Curie. Robin Wordsworth, François Forget et leurs collègues ont présenté des résultats de modélisation de l’atmosphère de Mars primitive au congrès international DPS-EPSC qui s’est tenu à Nantes en octobre 2011. Voir par exemple : R. Wordsworth , F. Forget, E. Millour, J.-B.Madeleine & B. Charnay, Comparison of scenarios for Martian valley network formation using a 3D model of the early climate and water cycle, EPSC Abstracts, Vol. 6, EPSC-DPS2011-1373, 2011, EPSC-DPS Joint Meeting 2011 (http://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC-DPS2011/EPSC-DPS2011-1373.pdf)

Cet été un astéroïde a « frôlé la Terre » en passant à 12 000 kms au-dessus de l’Atlantique. On en dénombre près d’un million en orbite, composés de roche, de métaux et de glace, qui varient de quelques dizaines de mètres à plusieurs kilomètres, débris de la formation du système solaire il y a 4,5 milliards d’années.

A l’occasion de la Fête de la Science, gros plan sur les comètes et astéroïdes.

Invités :

- Chantal Levasseur-Regourd, Professeur de physique à l’Université Paris VI, spécialiste des comètes et astéroïdes, impliquée dans le projet européen Marco-Polo (retour d’échantillons d’un géocroiseur)  co-auteure de « Les comètes et les astéroïdes » aux Editions du Seuil

- Docteur Patrick Michel, Astrophysicien à l’Observatoire de la Côte d’azur, , Directeur de recherches au Cnrs, co-porteur du projet Marco-Polo, spécialiste des astéroïdes (au téléphone à Nice)

- Jean-Yves Prado, Représentant du Centre national d’études spatiales au sein du groupe de travail des Nations-Unies sur les astéroïdes  »géocroiseurs »

          - Avec Sophie Bécherel de France Inter

A écouter ici.