À mesure que nos connaissances de Titan s'approfondissent, ce satellite de Saturne fascine de plus en plus. © Nasa, JPL, Caltech, SSI

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Titan : quelle forme de vie pourrait-on trouver ?

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Champs de dunes, canyons, montagnes... : sur Titan, Cassini et Huygens ont découvert de nombreuses analogies terrestres. Cette lune est avec la Terre le seul corps du Système solaire abritant des rivières, des nuages, de la pluie et des lacs. Ce n'est pas de l'eau qui coule, mais du méthane. Pour François Raulin, exobiologiste et spécialiste de Titan, d'étranges formes de vie pourraient exister.

  • Malgré les températures très basses et le fait que le solvant liquide soit du méthane et pas de l'eau, une chimie organique existe sur Titan.
  • Au début de l'histoire de cette lune, durant une courte période, des conditions très différentes ont pu permettre le maintien d'eau liquide en surface.
  • Il n'est pas exclu qu'une forme de vie, très différente de la nôtre, ait pu alors apparaître ni même qu'elle ait pu se maintenir.

Sans surprise, la sonde Cassini et l'atterrisseur Huygens ont « largement augmenté l'intérêt pour Titan » nous explique Francois Raulin, chercheur au CNRS et spécialiste d'exobiologie et de Titan. Seule lune du Système solaire à posséder une atmosphère dense, « Titan est un monde étonnamment semblable à la Terre par beaucoup d'aspects, avec de nombreuses analogies, y compris dans les processus chimiques, malgré des températures très différentes ».

Son atmosphère, qui ne contient pas d'oxygène, est surtout composée d'azote (de 95 à 98,4 %) et de méthane (de 1,6 à 5 %). « Elle possède un cycle météorologique de méthane », lequel joue un peu le rôle de l'eau sur Terre. « Il se condense, forme des nuages, des pluies et même de la grêle. » Les précipitations créent des fleuves et des lacs de toutes tailles. Ces écoulements liquides, un mélange de méthane et d'éthane, érodent également les roches de surface qui ne sont pas faites de silice mais de glace d'eau, laquelle, de ce fait, semble jouer le rôle de la silice sur Terre. Des vents soufflent également à la surface de Titan et « érodent sa surface ».

Cassini a détecté un « très grand nombre de lacs, de tailles très diverses et localisés de façon surprenante quasiment exclusivement dans l'hémisphère nord ». Un seul a été repéré dans l'hémisphère sud. Ces lacs sont composés « d'un mélange d'hydrocarbures liquides, essentiellement du méthane et de l'éthane ».

Des champs de dunes ont également été observés dans les régions équatoriales et sont « formés par des processus analogues à ceux rencontrés sur Terre ». On suppose que ces dunes sont composées « d'un mélange de glace d'eau et de matière organique ». Leurs caractéristiques structurelles et de mobilité « ressemblent beaucoup à ce que l'on peut voir sur Terre ». Cassini a aussi révélé l'existence de montagnes, « le signe d'une activité tectonique, comme sur Terre ». Des observations confortées par « nos modèles qui montrent que l'intérieur de Titan n'est pas statique ». Il bouge et forme des montagnes hautes d'un millier de mètres, « ce qui, rapporté à la taille de Titan, est très grand ».

Différents champs de dunes découverts sur Titan. © Nasa, JPL-Caltech, ASI, ESA, USGS

Si elle existe, à quoi ressemblerait une forme de vie sur Titan ?

On suppose aussi que « le noyau de Titan est probablement chaud avec une structure interne très particulière ». On a aussi peut-être observé des volcans en activité, « mais c'est un sujet de débat ». En raison des températures très basses, « de l'ordre de -180 °C », ces volcans n'émettent évidemment pas de roche en fusion lors de leurs éruptions, « mais de l'eau liquide ».

D'ailleurs, il y a bien un océan liquide « à 50 ou 60 km sous la surface de glace de Titan et il est probablement global ». Il serait profond de plusieurs dizaines de kilomètres, voire quelques centaines de kilomètres, mais cela reste à vérifier. D'après les mesures de Cassini, « il serait composé d'un mélange d'eau, d'ammoniaque et d'autres constituants ». Les scientifiques supposent que des éléments radioactifs ou les effets de marées avec Saturne, distante en moyenne de 1.221.865 km, maintiendraient cet océan dans son état liquide. Mais, à la différence de l'océan d’Encelade, celui de Titan « n'est pas en contact avec la roche, il repose sur de la glace ». Cette absence d'interface le rend moins intéressant aux yeux d'un exobiologiste. La possibilité qu'il existe des sources hydrothermales, propices à la vie comme sur Terre, est « assez limitée, voire nulle »« Il n'y a probablement pas de possibilité qu'une vie puisse émerger dans cet océan interne. »

Mais cela n'a peut-être pas toujours été le cas... Au début de son histoire, en effet, il y a quelque 4,5 milliards d'années, « cet océan reposait sur de la roche et était même à l'air libre. Il y est resté suffisamment longtemps (environ 10 millions d'années) pour que l'on puisse envisager qu'une vie y soit apparue. Il est même possible que cette vie ait perduré et s'y trouve toujours. » Cependant, si c'est le cas, « il s'agit au mieux de micro-organismes ».

À la surface, les chances qu'une vie puisse exister, « sous une forme jamais vue sur Terre, avec le méthane comme solvant », sont également très faibles, « voire nulles ». Ce n'est pas tant ce méthane qui pose problème mais plutôt les températures très basses. « Elles imposent des réactions biochimiques très lentes. » On ne voit pas comment une forme de vie, même exotique« pourrait émerger de processus aussi lents ».

Ces deux vues de Titan illustrent comment la mission Cassini a révélé la surface de ce monde fascinant. Avec son radar et son spectromètre infrarouge, la sonde a été capable de voir à travers l'atmosphère dense de Titan, ce dont n'avaient pas été capables les sondes Voyager. © Nasa, JPL, Caltech, Space Science Institute

Une chimie organique complexe de la haute atmosphère jusqu’à la surface

Dans l'atmosphère de Titan, « la chimie est extrêmement riche ». Bien plus qu'on ne le pensait avant Cassini. Dans la haute atmosphère, « une chimie organique très complexe se déroule, avec des molécules très grosses qui, en tombant au sol, sont susceptibles de sédimenter et donner naissance à d'autres molécules complexes ». Au contact d'eau à l'état liquide, « apportée par des météorites ou de la fonte de glace et qui peut rester à l'état liquide des centaines d'années », d'autres molécules plus complexes peuvent émerger mais sans donner naissance à une forme de vie.

Si de nombreuses informations sont encore à extraire des données de la mission Cassini, « nous savons déjà qu'il sera très difficile de répondre à un certain nombre de questions posées par les observations de la sonde et de Huygens ». Parmi les points en suspens, on citera en exemple :

  • Composition moléculaire des particules dans l'atmosphère. Avec Huygens, des aérosols ont été analysés, et les instruments à bord de cet atterrisseur de l'ESA ont pu déterminer leur composition élémentaire mais n'ont pu caractériser les molécules qui les composent ;
  • Une partie de l'atmosphère de Titan, vers 750 kilomètres d'altitude, est très mal connue. Cette région est intéressante car c'est là que les ions lourds peuvent se former et donner naissance à des molécules plus complexes ;
  • La composition de la surface de Titan et de ses dunes est très mal connue. Pour l'instant, nous n'avons aucune donnée claire sur leur nature ;
  • Enfin, le cryovolcanisme. On aimerait savoir s'il est actif avec à la clé des possibilités très intéressantes sur l'évolution de la surface de titan.
Pour en savoir plus

La vie a pu émerger sur Titan !

Article de Rémy Decourt publié le 05/05/2010

L'astrobiologiste William Bains s'est penché sur l'apparition d'une éventuelle vie pluricellulaire qui aurait pu se développer dans l'environnement de Titan. Il conclut qu'une vie complètement différente de celle de la Terre aurait pu émerger. Un éclairage original sur l'apparition de la vie...

À cause du trop grand éloignement de Titan par rapport au Soleil, des organismes ne posséderaient pas de ressources suffisantes pour se mouvoir, explique William Bains. La vie se limiterait à des formes de vie à croissance lente analogues, ou similaires, aux lichens terrestres. Comme l'explique à Futura-Science, Roger Raynal, professeur de biologie, de géologie et de physique et spécialiste de Titan« il est tout à fait possible qu'il existe des formes de vies sur Titan peu nombreuses, mais bien plus différentes entre elles que ne le sont les formes de vies terrestres qui, partageant une origine commune, portent toutes en leur sein biochimique la marque de leur indéniable parenté ».

Bien plus que des autotrophes analogues à nos végétaux, il faudrait plutôt rechercher des êtres vivants hétérotrophes se nourrissant des molécules organiques se formant dans l'atmosphère du satellite (quitte à entrer périodiquement en vie ralentie ou à développer des formes de transport analogues à des graines pour suivre les changements saisonniers...) ». En effet, il y a bien plus d'énergie disponible par le craquage des hydrocarbures formés dans la haute atmosphère et sédimentant à la surface que dans une « éventuelle photosynthèse utilisant un soleil pâlot dont la lueur, les jours de grand beau temps, égale à peine la pleine Lune terrestre ».

Méthane versus eau

Pour comprendre cette différence il faut savoir que la vie à besoin d'un solvant. Sur Terre ce rôle est tenu par l'eau mais sur Titan, elle est gelée... L'eau pourrait être remplacée par le méthane, présent à l'état liquide et en très grande quantité. C'est d'ailleurs le seul liquide disponible en abondance à sa surface. Reste que son utilisation implique des divergences profondes entre la biochimie terrestre et celle de Titan. Pour Roger Raynal, « la variété des atomes composant les molécules organiques doit être beaucoup plus grande que celle observée sur Terre » où, pour l'essentiel, toutes les molécules de la vie sont composées de quatre éléments, CHON (carbone, hydrogène, oxygène et azote). Et de préciser que la réactivité chimique doit « être nettement supérieure sinon, à -180 °C, toute vie serait figée dans le froid. Bien des molécules jugées instables sur Terre seraient, à cette température, d'une stabilité parfaite pour un être vivant ».

Vue d'artiste de lacs de méthane et d'éthane sur la surface de Titan. © Karl Kofoed

Le méthane étant un solvant bien moins efficace que l'eau, les molécules de la biochimie titanienne devront être bien plus petites que celles observées sur Terre. « Ainsi, les molécules contenant plus de 6 atomes lourds (autre que de l'hydrogène) ne sont pas solubles dans le méthane, alors que la plupart des molécules intermédiaires du métabolisme terrestre comptent 10 atomes lourds ». De fait, la diversité du paysage évolutif chimique et biochimique est bien moindre sur Titan. Alors que la vie terrestre a procédé par sélection dans une banque de plus de dix millions de molécules, seuls quelques milliers de composés sont envisageables sur Titan.

Des travaux qui ne font pas l’unanimité

Certains aspects du raisonnement de William Bains (astrobiologiste à l'université Cambridge) sont contestables. Au niveau évolutif, l'astrobiologiste fait l'hypothèse que la vie sur Titan serait apparue dans l'environnement énergétique et chimique actuel. Or, explique Roger Raynal, « le peu que nous savons de l'histoire de Titan nous indique qu'elle a été mouvementée, par exemple avec la perte éventuelle de son l'atmosphère, voire des modifications de l'orbite ». Il suppose également que ce développement s'est réalisé en surface mais « rien n'est moins sûr ». Ce que nous savons de Titan permet de dire qu'il paraît bien plus probable que les conditions favorables au développement d'une vie éventuelle « ne se sont pas trouvées réunies (si tant est qu'elles le furent jamais) à la surface glacée du satellite mais dans ses profondeurs », à des températures et pression permettant l'existence d'une variété plus importante de composés chimiques, d'eau liquide (éventuellement) et de sources d'énergie (chaleur interne causée par les effets de marée de Saturne) permettant d'alimenter des synthèses prébiotiques à grande échelle.

Pour Roger Raynal, « des adaptations ont peut-être permis à ces formes de vies de se développer vers (ou à) la surface, mais il est plus probable que ces éventuels habitants seraient restés confinés dans leur biotope originel, se répandant sous la surface au gré des vicissitudes de l'histoire géologique du satellite ».

Au niveau biochimique, le chercheur oublie que le métabolisme seul ne fait pas la vie. Sur Terre« elle se caractérise par l'édification de polymères, de molécules géantes qui composent la structure même de la cellule et des êtres vivants : les protéines, les glucides, les acides gras sont ainsi des marqueurs du vivant et leur assemblage serait problématique à - 180°C ». Les molécules pourtant insolubles dans le sang (protéines, lipides) s'y trouvent tout de même transportées grâce un ensemble de molécules permettant, sinon de les solubiliser, du moins de les distribuer sans encombre.

Sur Titan, Cassini observe les dunes de Shangri-La  Entre le premier juillet 2004 et le 15 septembre 2017, la sonde Cassini a tourné autour de Saturne et de ses anneaux, bien sûr, mais aussi de ses satellites. De Titan, la plus grosse des lunes de cette planète, elle se sera approchée 127 fois, pour profiter de son assistance gravitationnelle. Au premier passage, elle a largué le module Huygens et aux suivants, elle en a scruté la surface au radar. Le 24 septembre 2016, pour le 122e survol de Titan, elle y découvrait de curieuses dunes sombres qui serpentent entre les reliefs montagneux de la région de Shangri-La.