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À la recherche d'une vie extraterrestre sur Europe, Titan et Encelade

Dossier - Exobiologie : quelle est l'origine de la vie dans l'univers ?
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L'obsédante question de savoir si nous sommes seuls dans l'univers et si, d'une manière plus générale, la vie est universelle, n'a toujours pas reçu de réponse à ce jour. Alors quelle est donc l'origine de la vie dans l'univers ?

  
DossiersExobiologie : quelle est l'origine de la vie dans l'univers ?
 

Europe, le satellite de Jupiter, pourrait bien présenter des environnements marins ressemblant aux sources sous-marines terrestres. Quant à Titan, son atmosphère présente une composition intéressante. La recherche de la vie sur ces deux satellites est donc justifiée.

Europe. © NASA/JPL/DLR domaine public
Sous la surface d'Europe se trouverait un océan d'eau liquide... source de vie extraterrestre ? © DR

La vie sur Europe ?

Europe est le plus petit des satellites de Jupiter avec un rayon légèrement inférieur à celui de la Lune. Il orbite à une distance d'environ 600.000 km de Jupiter, donc suffisamment près pour être réchauffé par l'effet de marée dû au champ gravitationnel très important de la planète géante. En 1979 et 1980, la mission Voyager avait déjà photographié Europe et montré que sa surface était recouverte par de la glace entaillée de profondes crevasses.

Depuis, le vaisseau spatial Galileo a fourni de très belles images montrant, notamment des blocs de glace ayant pivoté sur eux-mêmes. La surface présente peu de cratères d'impacts ce qui suggère un remodelage continu de la surface par des phénomènes cryovolcaniques ou tectoniques. Selon l'un des modèles de structure interne proposés, il y aurait un océan d'eau liquide sous quelques dizaines de kilomètres de banquise, la chaleur nécessaire au maintien de l'eau à l'état liquide étant  apportée par les fortes marées internes. La surface présente également des stries en forme d'arcs, interprétées comme provenant d'un stress dû à des marées océaniques sous-glaciaires. Des dépôts de sels ont été observés à la surface d'Europe par spectroscopie dans le proche infrarouge, dépôts qui pourraient provenir de remontées d'eau océanique salée. Enfin, la sonde Galileo a enregistré un champ magnétique induit dans le champ magnétique de Jupiter traduisant la présence d'un conducteur électrique. L'océan d'eau salée pourrait très bien jouer ce rôle de conducteur électrique. Toutes ces observations plaident en faveur de l'existence d'un océan sous-glaciaire d'eau salée. Il est maintenant important de savoir s'il existe sur Europe un magma capable de transférer la chaleur du cœur planétaire vers le fond océanique pour créer des sources hydrothermales et, par conséquent, des molécules organiques. L'énergie de marée induite par Jupiter est-elle suffisante pour fondre les silicates à des températures supérieures à 1.200 °C ? La mise en évidence d'un magma sur Europe fait partie des objectifs prioritaires de l'exploration d'Europe actuellement à l'étude. Si Europe a maintenu une activité de marée et une activité hydrothermale sous-glaciaire, une vie bactérienne a pu y apparaître et y est peut-être encore active aujourd'hui. Europe apparaît de plus en plus comme un lieu privilégié du système solaire pouvant héberger de l'eau liquide et une vie bactérienne en activité.

En 2022, l'agence spatiale européenne lancera la mission d'exploration JUICE, pour JUpiter ICy moons Explorer, qui atteindra Jupiter en 2030. Elle étudiera en continu l'atmosphère et la magnétosphère de Jupiter. Elle visitera Callisto et effectuera deux survols d'Europe. JUICE mesurera pour la première fois l'épaisseur de la croute glacée et recensera des sites adaptés à une future exploration in situ. Le satellite se mettra ensuite en orbite autour de Ganymède en 2032, d'où il étudiera la surface glacée et la structure interne de cette lune, ainsi que son océan de subsurface.

La vie sur Titan ?

Titan, le plus gros satellite de Saturne, possède une atmosphère dense de 1,5 bar constituée essentiellement d'azote (plus de 90 %) mais aussi de méthane et d'un peu d'hydrogène.

Les composés de l'atmosphère de Titan intéressent les exobiologistes. © DR

L'atmosphère renferme également d'épais brouillards d'aérosols organiques. Les observations glanées par la mission Voyager et les mesures faites à partir de la Terre indiquent clairement la présence de nombreux hydrocarbures et de nitriles dans ce milieu. Parmi ces composés organiques figurent l'acide cyanhydrique, l'acétylène, le cyanoacétylène, véritables passages obligés de la chimie prébiotique. La modélisation des processus physicochimiques supposés se dérouler à la surface de Titan suggère la présence d'océan(s) de méthane et d'éthane liquide en équilibre avec les constituants de l'atmosphère. Titan représente un véritable laboratoire de production de composés prébiotiques à l'échelle planétaire. 

Bien que des traces de vapeur d'eau aient été récemment détectées par le satellite ISO dans la haute atmosphère, la température très basse (-180 °C)  régnant près de la surface interdit la présence d'eau liquide. Les molécules ne peuvent donc pas évoluer vers une vie de type terrestre. Vers quels systèmes complexes évoluent ces molécules en l'absence d'eau ? Existe-t-il une vie exotique basée sur la chimie du carbone et le méthane liquide ? La sonde européenne Huygens de la mission Nasa-Esa Cassini-Huygens lancée en octobre 1997 a traversé l'atmosphère de Titan et s'est posée à sa surface le 14 janvier 2004. Pendant 150 minutes, les instruments ont analysé les molécules organiques présentes dans l'atmosphère, dans les aérosols et à la surface. Le chromatographe en phase gazeuse couplé à un spectromètre de masse a mesuré la composition chimique et les abondances isotopiques depuis une altitude de 140 km jusqu'à la surface.

La surface de Titan est-elle marquée par des traces d'eau ? © DR

Les analyses montrent que l'azote et le méthane sont les principaux constituants de l'atmosphère ; les rapports isotopiques 12C/13C suggèrent une production permanente de méthane ; la surface est « humidifiée » par du méthane liquide et est riche en molécules organiques (cyanogène, éthane) ; la présence de 40Ar suggère l'existence d'une activité géologique interne (Nieman et al., 2005).

Le lac de Titan, photographié par Cassini en 2007. © DR

Malheureusement, la sonde Huygens ne portait aucun instrument capable de mesurer la chiralité des molécules organiques de Titan, véritable ligne de démarcation entre matière inerte et matière vivante. 

Bien que des traces de vapeur d'eau aient été détectées par le satellite ISO dans la haute atmosphère, la température très basse, de l'ordre de -180°C, régnant près de la surface y interdit la présence d'eau liquide. Toutefois, les modèles de structure interne et les données de la mission Cassini-Huygens, suggèrent la présence d'aquifères profonds. Cet océan contiendrait de l'ordre de 10% d'ammoniac et aurait une épaisseur d'environ 100 km. Il serait situé entre deux épaisses couches de glace d'eau. Il est possible que pendant les premières dizaines de millions d'années qui ont suivi la formation de Titan, cet océan ait été en contact avec l'atmosphère sur un fond rocheux, une situation analogue à celle des océans terrestres. Il est dès lors possible d'y envisager l'émergence d'une vie.

Encelade

L'orbiteur saturnien Cassini a observé l'activité géophysique d'Encelade, un autre satellite de Saturne. Plusieurs des instruments de la mission ont mis en évidence la présence de gigantesques panaches de plusieurs centaines de km émis au pôle sud. Ces panaches sont principalement constitués de glace et de vapeur d'eau, mais contiennent aussi de nombreux composés organiques, méthane, acétylène, propane. Ces geysers pourraient provenir de réservoirs internes d'eau liquide sous pression, en contact avec un magma rocheux, hypothèse confortée par la présence de sel dans les panaches. Les conditions indispensables à l'apparition et au développement de la vie seraient donc présentes au sein d'Encelade.