Une molécule prébiotique a été découverte dans l'atmosphère de Titan. Ici, l’atmosphère dense et brumeuse de Titan photographiée par la sonde Cassini. © Nasa, JPL-Caltech, Space Science Institute

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Atmosphère de Titan : une molécule prébiotique découverte

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Y a-t-il de la vie sur Titan, la plus grande lune de Saturne ? La probabilité est très faible mais la chimie qui se déroule dans cette atmosphère dense est complexe et la sonde Cassini, qui l'a frôlée, a détecté des molécules très actives, inattendues, capables de jouer un rôle clé dans une chimie prébiotique.

Revivez la descente de l'atterrisseur Huygens sur Titan  La descente et l’atterrissage de la capsule Huygens à la surface de Titan, plus grosse lune de Saturne, fut un grand moment dans l’histoire de l’exploration de notre Système solaire. Cette vidéo nous invite à revivre ce moment riche en découvertes qui a duré deux heures et demie. Avant le 14 janvier 2005, l’humanité n’avait encore jamais vu ce que ce satellite de plus de 5.000 km de diamètre dissimulait sous son épaisse atmosphère. 

Titan se trouve en orbite autour de Saturne, à environ 1,3 milliard de kilomètres de notre étoile, donc loin, très loin de la zone habitable du Système solaire. Il n'en demeure pas moins un des astres qui captivent le plus les astronomes et les astrobiologistes du monde entier (de même qu'Encelade, également autour de Saturne, Europe, autour de Jupiter, et, bien sûr, Mars).

Les raisons ? Ce satellite de quelque 5.150 km de diamètre est enveloppé d'une épaisse atmosphère dont la composition n'est pas sans rappeler celle de la Terre primitive... Pour les chercheurs qui aimeraient connaître les recettes ayant conduit à l'apparition du vivant, c'est donc comme s'ils avaient un laboratoire à leur portée : un monde où, dans ses brumes orangées, se développe une chimie prébiotique. L'aubaine pour les scientifiques est que cela se passe près de chez nous et, peut-on imaginer, aussi ailleurs, autour de millions d'autres soleils.

Sur ce satellite où la température moyenne est de -180 °C, les sources d'énergie qui transforment l'azote et le méthane, principaux composés de son atmosphère, sont les particules solaires et les particules énergétiques de la magnétosphère de la géante Saturne. Ensemble, ils produisent une chimie organique complexe, à l'origine d'ingrédients précurseurs de la vie, comme cela a pu se passer sur Terre au début de son histoire.

Comment produire des molécules organiques complexes ?

Dans un article qui vient de paraître dans The Astrophysical Journal Letters, une équipe rapporte avoir découvert, par le truchement de l'instrument Caps (Cassini's Plasma Spectrometer) de la sonde Cassini — lors de l'un de ses survols entre 900 et 1.300 km au-dessus de la surface de Titan —, des molécules carbonées chargées négativement (des anions) dans l'ionosphère. Il y a encore quelques années, personne ne s'attendait à trouver de telles molécules dans ce milieu. En effet, très réactifs, les anions étaient supposés se recombiner rapidement. Or, ces anions peuvent produire des molécules organiques plus complexes, clés d'une chimie prébiotique.

Illustration des particules organiques générées dans l’atmosphère dense de Titan. Tout en haut, figurent les principales sources d’énergie : la lumière du Soleil (Sunlight, en anglais sur le schéma) et les particules énergétiques (Energetic particles). L’azote moléculaire (Nitrogen) et le méthane (Methane) présents dans la haute atmosphère peuvent être dissociés (dissociation) ou ionisés (ionization). Ces processus, impliquant aussi du carbone et de l’hydrogène, conduisent à une chimie organique complexe (Complex organics) incluant les anions carbonés (en vert sur le schéma), de formules CnN- ou CnH-, et, vraisemblablement, des molécules comme le benzène (Benzene). Mais, dans cette région, leur évolution chimique (Mysterious growth regime) est difficile à identifier. À plus basse altitude, on trouve de grandes particules organiques (Large organic particles) et, enfin, la brume organique (Organic haze). © ESA

« Nous avons fait la première identification sans ambiguïté des anions carbonés dans une atmosphère planétaire, raconte Ravi Desai de l'University College de Londres (UCL), ce qui, selon nous, est un tremplin crucial dans la chaîne de production de molécules organiques de plus en plus grandes et complexes, comme celles des particules formant la brume de cette lune. Il s'agit d'un processus connu dans le milieu interstellaire mais, maintenant, nous l'avons vu dans un environnement complètement différent, ce qui signifie qu'il pourrait être un processus universel pour la production de molécules organiques complexes. » Alors, est-ce que cela pourrait se produire ailleurs ?

Pour son collègue de l'UCL, Andrew Coates, membre de l'équipe de l'instrument Caps et coauteur de l'étude, « la perspective d'une voie universelle menant aux ingrédients de la vie a des implications pour [...] la quête de la vie dans l'univers. Titan est un exemple local d'une chimie exotique et passionnante dont nous avons beaucoup à apprendre ».

Du cyanure de vinyle découvert dans l’atmosphère de Titan

Autre découverte importante concernant Titan : le réseau de radiotélescopes Alma a détecté de grandes quantités de cyanure de vinyle (C2H3CN) dans l'atmosphère. Des simulations avaient montré il y a peu que cette molécule était le meilleur candidat pour former dans cet environnement des membranes cellulaires stables. Sa présence était déjà suspectée grâce aux observations spectroscopiques de la sonde Cassini mais, cette fois, les chercheurs en ont acquis la certitude.

Les modèles de transfert radiatif estiment que la concentration de la molécule est la plus élevée à environ 200 km d'altitude, en accord avec les modèles de photochimie. Les auteurs de l'étude publiée dans Science Advances n'excluent pas que des « pluies » entraînent du cyanure de vinyle vers le sol et, par conséquent, jusqu'aux mers et lacs de méthane liquide. Selon eux, la grande Ligeia Mare pourrait en contenir assez pour former jusqu'à dix millions de membranes par cm3.

Pour en savoir plus

Des molécules prébiotiques pourraient se former dans l'atmosphère de Titan

Article de Rémy Decourt publié le 14 octobre 2010

Une équipe internationale a montré que des molécules organiques complexes peuvent se former dans la haute atmosphère de Titan. Une avancée qui pourrait bien aider à comprendre comment la vie est apparue sur la Planète bleue.

Une équipe de chercheurs (dont ceux du laboratoire de planétologie de Grenoble et du laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales de Versailles), menée par Sarah Horst du Lunar and Planetary Laboratory de l'université de l'Arizona, a simulé dans une enceinte les réactions chimiques susceptibles de se produire dans l'atmosphère de Titan. L'objectif était de voir les conséquences du rayonnement intense qui atteint les couches supérieures de cette atmosphère et de sa capacité à briser des molécules jusqu'alors considérées comme étant très stables, leur permettant ensuite de réagir pour former de nouveaux édifices moléculaires inattendus.

Ces chercheurs ont découvert que les réactions chimiques à l'œuvre dans l'atmosphère de Titan génèrent des molécules organiques complexes comme des acides aminés et des bases nucléotidiques, qui sont les briques de base de la vie sur Terre. Les molécules découvertes sont les cinq bases nucléotidiques utilisées par toutes les formes de la vie sur Terre (cytosine, adénine, thymine, guanine et uracile) et deux petits acides aminés, la glycine et l'alanine.

Des synthèses de molécules organiques qui n’ont pas besoin de surfaces

Cette expérience démontre qu'il est possible de fabriquer des molécules complexes sans apport d'eau liquide et dans un milieu purement gazeux. Des molécules organiques peuvent donc se former sans qu'il existe de surface solide disponible. Pour l'exobiologie, une telle possibilité ouvre des perspectives intéressantes. Les hypothèses communément admises pour expliquer l'apparition des molécules primordiales de la vie terrestre font en effet appel à des phénomènes se déroulant à la surface de matériaux, comme les argiles.

Cette étude suggère que non seulement l'ionosphère de Titan pourrait être un réservoir de molécules prébiotiques qui pourrait servir de tremplin à la vie, mais peut également offrir de nouvelles perspectives sur l'émergence de la vie sur Terre. Cette vie se serait produite environ 3,8 milliards d'années auparavant dans les océans, demeurant à un stade unicellulaire (bactéries) pendant près de 3 milliards d'années, avant d'accéder au stade pluricellulaire il y a 800 millions d'années.

La possibilité qu'un milieu atmosphérique riche en molécules organiques et dépourvu d'eau et d'oxygène libre puisse conduire à la formation de petites molécules (dont les bases nucléiques et des acides aminés), laisse penser que la fameuse théorie de la soupe primordiale pourrait être revue.

  • Une équipe a découvert, grâce aux mesures effectuées par la sonde Cassini, des molécules organiques chargées négativement dans la haute atmosphère de Titan.
  • Au sein de l'atmosphère, ces molécules peuvent s'engager dans des réactions conduisant à des molécules organiques plus complexes, susceptibles de tomber vers le sol.
  • Parallèlement, d’autres chercheurs ont détecté de grandes quantités de cyanure de vinyle dans l’atmosphère de cette lune. Or, dans cet environnement, cette molécule peut former des membranes refermées en sphères, à l'image de celles des cellules vivantes terrestres.