Notre voisine Vénus vue par la sonde japonaise Akatsuki. © Isas, Jaxa, Akatsuki, Meli thev
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Vénus : la présence de phosphine dans son atmosphère est remise en cause

ActualitéClassé sous :exobiologie , atmosphère vénusienne , Vénus

[EN VIDÉO] Découverte de la vie sur Vénus ?  Une molécule appelée phosphine a été découverte dans l'atmosphère de Vénus... Il s'agit de la première détection d'un signe de vie potentiel sur la planète ! 

Une molécule associée sur Terre à l'activité de bactéries anaérobies, la phosphine, semblait avoir été découverte dans l'atmosphère de Vénus, suggérant l'existence de formes de vie microscopiques dans les hautes couches de l'atmosphère de la planète. L'astrophysicien Franck Selsis avait expliqué à Futura qu'il fallait rester prudent. Or, une nouvelle publication d'une équipe menée par des chercheurs français du Lesia remet en cause la présence de cette molécule.

Il y a un mois maintenant, on se souvient du buzz déclenché par une publication dans le célèbre journal Nature Astronomy par une équipe internationale de chercheurs. Avec ses collègues, dont l'astrophysicienne états-unienne Sara Seager et l'astrochimiste Clara Sousa Silva, toutes deux du MIT, l'astronome britannique Jane Greaves, elle-même professeure d'astronomie à l'université de Cardiff, annonçait avoir des indications convaincantes de la présence d'une quantité anormale de phosphine (PH3) dans l'atmosphère de Vénus.

Or, cette molécule est particulière. On la trouve dans l'atmosphère de la Terre et c'est un sous-produit de l'activité de bactéries sur notre Planète bleue et dans une moindre mesure de l'industrie humaine. Par contre, on la détecte aussi dans l'atmosphère de la géante gazeuse qu'est Jupiter mais on sait que sa synthèse y est le résultat des conditions physico-chimiques bien particulières qui y règnent. Son origine est donc abiotique, comme disent les exobiologistes, donc rien à voir avec une forme de vie. Pouvait-il en être autrement sur Vénus ?

Pour Sara Seager et certains des auteurs de la publication dans Nature Astronomy la question se posait. Malgré le fait que la molécule soit certes détectée dans des couches de l'atmosphère de Vénus où les températures et pressions sont clémentes (entre 53 et 61 kilomètres d'altitude), on pouvait avoir des doutes car les nuages y contenant de l'eau étaient surtout composés d'acide sulfurique pur à des concentrations jamais supportées même par des extrêmophiles terrestres.

Ses doutes n'ont pas empêché Sara Seager de se lancer, avec l'appui du programme de recherche de vie extraterrestre Breakthrough Initiatives financé par le milliardaire Yuri Milner, dans l'étude de missions à destination de Vénus pour y chercher les éventuels micro-organismes, peut-être à l'origine de la phosphine détectée. On peut s'en convaincre en consultant le site qu'elle a mis en ligne à ce sujet avec des collègues : The Search for Life in Venus’ Clouds.

Des explications de Jane S. Greaves (École de Physique & d’Astronomie, université de Cardiff, Royaume-Uni), qui a mené l'étude initiale sur la phosphine de Vénus. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Royal Astronomical Society

Une raie d'absorption détectée par deux télescopes

On peut la comprendre, tellement la possibilité d'avoir une forme de vie extraterrestre aussi proche de la Terre était excitante. Mais déjà à ce moment-là, des voix s'élevaient pour inciter à la prudence comme celle de l'astrophysicien Franck Selsis dont les thèmes de recherche portent précisément sur les atmosphères des exoplanètes et la détermination de l'épineuse réponse à la question « Qu'est-ce qu'une biosignature fiable en exobiologie ? ». Il nous avait expliqué sa position dans le précédent article de Futura (voir ci-dessous) concernant cette annonce de détection de PH3 dans l'atmosphère de Vénus. Son collègue, l'astrochimiste Hervé Cottin, professeur à l'Université Paris-Est-Créteil, chercheur au LISA (Laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques), et président de la Société française d'exobiologie avait également exprimé un appel à la prudence dans un article et on peut lire aussi à ce sujet un communiqué de la SFE.

Cette prudence apparaît comme encore plus justifiée aujourd'hui, suite à une publication à destination de la revue Astronomy & Astrophysics, que l'on peut consulter sur arXiv. Elle émane d'une équipe internationale d'astrophysiciens, coordonnée par des chercheurs du LESIA (Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique) de l'Observatoire de Paris-PSL, et qui comporte comme coauteurs Jane Greaves et Clara Sousa Silva elles-mêmes !

Rappelons que la présence de la phosphine avait été avancée parce que l'on semblait avoir détecté une des raies d'absorption quantique (voir incidemment à ce sujet le livre du Prix Nobel de Chimie, Harold Clayton Urey, ou ceux d'un autre Prix Nobel de Chimie, Linus Pauling) de cette molécule dans une bande millimétrique à la fois accessible aux détecteurs équipant l'Atacama Large Millimeter Array (Alma) au Chili, et le télescope James Clerk Maxwell (JCMT) à Hawaï. La possibilité d'un biais systématique identique dans les deux instruments étant hautement improbable, on pouvait penser que la molécule était bien présente. Cela pouvait être d'autant plus raisonnable que les quantités de phosphine détectées dans les nuages de Vénus étaient problématiques pour une molécule susceptible d'être détruite par les rayons ultraviolets du Soleil, soit directement, soit par les radicaux induits par les ultraviolets... à moins que certains processus reconstituent les molécules détruites.

Thérèse Encrenaz nous explique son travail sur Vénus avec l'instrument TEXES sur le Mauna Kea. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © EuroVenus official

Plusieurs raies sont nécessaires pour découvrir une molécule

Mais, comme l'expliquait Hervé Cottin dans son article sur le site de la SFE, « Le bon usage quand on cherche à identifier des nouvelles molécules dans des environnements extraterrestres veut que l'on ne considère une détection comme avérée que si plusieurs bandes spectroscopiques, signatures de la molécule, sont aussi détectées avec des intensités relatives identiques à celles observées en laboratoire ou éventuellement calculées par un modèle prenant en compte l'environnement observé (température, pression...). La plupart des molécules laissent en effet une empreinte à différentes longueurs d'onde (dans les domaines UV, visible, infrarouge, radio...). La détection d'une seule bande caractéristique ne permet généralement pas une attribution sans équivoque à une unique molécule. ».

Pour en avoir le cœur net, l’astrophysicienne française Thérèse Encrenaz, spécialisée dans les atmosphères planétaires, et ses collègues, ont donc recherché d'autres signatures de la phosphine dans des spectres infrarouges de Vénus archivés, qui avaient été enregistrés en mars 2015 avec le spectro-imageur TEXES (Texas Echelon Cross Echelle Spectrograph) monté à l'IRTF (InfraRed Telescope Facility) sur le mythique Mauna Kea à Hawaï.

On le sait, absence de preuve n'est pas preuve de l'absence, mais les astrophysiciens annoncent qu'en tentant de détecter une autre raie d'absorption correspondant à une transition vibrationnelle de la molécule PH3, bien isolée d'autres bandes possibles et donc plus facile à observer de façon nette et convaincante, ils ne l'ont pas trouvée. Si de la phosphine est tout de même présente, elle ne peut exister qu'en quantités correspondant à une limite supérieure de 5 ppbv (partie par milliard en volume) pour la pression partielle de PH3 au niveau du sommet des nuages, comme l'explique un communiqué du LESIA qui ajoute que : « Cette valeur est quatre fois plus faible que la valeur déduite par J. Greaves et ses collègues (20 ppbv), dans l'hypothèse d'un rapport de mélange constant avec l'altitude au-dessus des nuages. Cette nouvelle mesure apporte une contrainte forte sur l'abondance maximale de la phosphine au sommet des nuages ».

Le spectre de Vénus (barres d’erreur noires, 3-sigma), intégré sur l’ensemble du disque, enregistré avec l’instrument TEXES le 28 mars 2015, comparé à trois modèles calculés avec différentes abondances de la phosphine PH3. Une raie du dioxyde de carbone, présent en abondance dans l’atmosphère de Vénus, est aussi visible dans le spectre. La pente du spectre TEXES est due à l’absorption du spectre de Vénus par une raie de vapeur d’eau de l’atmosphère terrestre. Il n’y a pas de trace de phosphine à l’endroit de la transition de PH3. © Observatoire de Paris-PSL

Le communiqué précise toutefois que « Les deux résultats ne peuvent être réconciliés que si l'on admet que la phosphine est présente seulement dans la haute mésosphère, à des niveaux non observables par spectroscopie infrarouge, ou si l'on considère que l'abondance de phosphine peut varier avec le temps ».

Mais sa conclusion confirme qu'il nous faut encore une détection de la phosphine vraiment convaincante avant de spéculer sur la manière dont des formes de vie pourraient exister et survivre en produisant ce gaz dans certaines couches de l'atmosphère de Vénus.
 

Pour en savoir plus

Vie extraterrestre : un gaz troublant identifié dans l'atmosphère de Vénus

Article de Laurent Sacco publié le 20/09/2020

Une molécule associée sur Terre à l'activité de bactéries anaérobies, la phosphine, a été découverte dans l'atmosphère de Vénus. Cela suggère l'existence, postulée depuis plus d'un demi-siècle, de formes de vie microscopiques dans les hautes couches de l'atmosphère de la planète. Mais la prudence s'impose comme l'a expliqué à Futura l'astrophysicien Franck Selsis qui nous a autorisés à reprendre un texte qu'il a rédigé à ce sujet.

C'est le buzz du moment alimenté par une publication dans le très réputé journal Nature Astronomy. Il faut dire que l'article peut laisser penser que l'on a trouvé une biosignature suggérant l'existence de formes de vie microscopiques dans certaines couches de l'atmosphère de Vénus, qui sont relativement clémentes pour des organismes connus sur Terre du point de vue des températures et pressions présentes. Une équipe d'astronomes de l'université de Manchester, du Massachusetts Institute of Technology et de l'université de Cardiff annonce en effet avoir identifié la signature spectrale d'une molécule bien particulière dans ces couches en utilisant le mythique radiotélescope Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), au Chili et le James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) situé à Hawaï. La molécule en question est loin d'être aussi complexe que celle de l'ADN ou encore de la chlorophylle dont la découverte avait été mise en scène sur Europe dans la toute aussi mythique adaptation sur grand écran du roman du regretté Arthur Clarke2010 : Odyssée deux. En effet, il s'agit de la phosphine, une molécule contenant seulement quatre atomes, un de phosphore (P) et trois d'hydrogène(H) donc de formule PH3.

Le phosphore est indispensable pour la vie telle que nous la connaissons sur Terre puisque, rappelons-le, chaque nucléotide de l'ADN est constitué d'un groupement phosphate (ou acide phosphorique) lié à un sucre, le désoxyribose, lui-même lié à une base azotée. Le squelette de l'ADN est donc formé de la répétition sucre-phosphate. On a fait la découverte du phosphore dans la composition de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, comme l'expliquait Futura dans un précédent article. Ce qui laisse penser que c'est le bombardement des comètes et des astéroïdes qui l'a amené sur la Terre primitive.
 

La phosphine, une molécule biotique et abiotique

Sur notre Planète bleue, la phosphine est bien présente dans notre atmosphère et on peut relier son existence, avec les quantités observées, à celle de l'activité de bactéries anaérobies. Dans un précédent article que l'on peut consulter sur arXiv, la célèbre exobiologiste Sara Seager (qui a contribué à l'article de Nature Astronomy), avait avancé avec ses collègues que la présence de phosphine dans une atmosphère d'une planète tellurique de type terrestre pouvait constituer un argument pour l'existence de formes de vie, qui constitueraient la seule explication plausible à la présence des molécules PH3 en certaines quantités. Dans un autre article, où elle expliquait que l'on avait découvert des micro-organismes dans les nuages sur Terre, elle développait, toujours avec ses collègues, des réflexions et un modèle pour un cycle de vie pour ces formes vivantes, dans l'atmosphère de Vénus.

La condition qui fait intervenir un environnement associé à une planète de type terrestre a son importance pour donner du poids à cet argument. En effet, l'atmosphère de Jupiter contient de la phosphine et cela n'étonne personne depuis longtemps car on explique très bien sa présence par des processus abiotiques. La prudence s'impose donc, comme nous allons bientôt le voir, quand on parle de biosignatures. Car cette notion n'est pas sans poser des problèmes et exige d'être maniée avec précaution, tellement il est difficile d'être sûr que certaines molécules ne peuvent être produites que par l'activité de formes de vie.

Pour Janusz Petkowski et Clara Sousa Silva, chercheurs au MIT et parmi les auteurs de la découverte de la phosphine, nous ne connaissons aucun processus non biologique sur Vénus capable de produire les molécules détectées. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Mais comment des micro-organismes, fussent-ils extrêmophiles, pourraient-ils survivre dans l'atmosphère de Vénus ? C'est un enfer avec une pression au sol d'environ 90 atmosphères et surtout des températures de l'ordre de 450 °C, sans parler des nuages responsables de pluies d'acide sulfurique.

Certes, mais nous savons que certaines des couches de la haute atmosphère de Vénus ont des conditions plus clémentes, à savoir des températures et des pressions comparables à celles de l'atmosphère tempérée sur Terre et que l'on doit même y trouver des gouttelettes d'eau liquide, à tel point que Russes et Américains ont envisagé sérieusement d’y installer des colonies avec des ballons. Toutefois, si des températures de l'ordre de 30°C doivent bien exister dans ces couches, les modélisations et les mesures concernant l'atmosphère de Vénus laissent penser que les nuages y seraient très riches en acide sulfurique, à 90 % contre 5 % pour les environnements terrestres où survivent malgré tout des extrêmophiles. L'existence de micro-organismes sur Vénus n'a donc rien d'évident.

Une autre question que l'on peut se poser est celle de l'origine de ces formes de vie. En fait, on soupçonne depuis quelque temps que Vénus n'a pas toujours été un enfer et qu'il y a environ un milliard d'années, elle était habitable. Les formes de vie microscopiques qui existent peut-être aujourd'hui dans son atmosphère pourraient donc être des vestiges des formes de vie vénusiennes initiales. On peut aussi penser qu'il s'agit de contaminations bien terrestres, apportées par des météorites, si l'on croit quelque peu à la théorie de la panspermie.

En tout état de cause, on pourrait tester cette théorie avec des missions à destination de Vénus qui sont déjà en projet et qui pourraient, par exemple, introduire un ballon dirigeable dans l'atmosphère de Vénus pour y faire des analyses qui pourraient s'avérer concluantes. On pense par exemple à une mission russe à l'étude, Venera D.

La conférence du 14 septembre 2020 sur la découverte de la phosphine. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Royal Astronomical Society

Que pense aujourd'hui Franck Selsis, bien connu des lecteurs de Futura pour ses travaux sur les exoplanètes et notamment la recherche de biosignatures, de la publication de Nature Astronomy ? Nous lui avons demandé et voici ses commentaires.

L'astrophysicien Franck Selsis étudie les atmosphères planétaires et l'exobiologie. © Benjamin Pavone

La plus grande découverte scientifique de l'histoire ?

Voici quelques remarques qui me semblent importantes, suite aux communiqués annonçant la mise en évidence d'un possible marqueur de vie, ce que l'on appelle aussi souvent une biosignature, sur Vénus, à savoir l'observation de phosphine (PH3) dans l'atmosphère vénusienne :

Détecter un ou plusieurs constituants simples comme la phosphine (PH3), le méthane (CH4), l'oxygène (O2), l'ozone (O3) dans l'atmosphère d'une planète ou en mesurer l'abondance, ne peut pas être en soi considéré comme une biosignature.

Soyons précis sur le vocabulaire : une biosignature ou un biomarqueur, ce n'est pas quelque chose qui est possiblement lié à la vie, c'est la "preuve" non ambiguë que la vie est impliquée.

Donc annoncer la détection d'une biosignature sur une autre planète, c'est annoncer la plus grande découverte scientifique de l'histoire. Or, on ne compte plus, hélas, de telles annonces en particulier dans l'histoire de l'exploration martienne.

Ce n'est en effet pas parce que la vie peut produire une molécule que la présence de cette molécule implique la vie.

« On ne comprend pas donc c'est la vie ! » Non ! Se trouver face à un phénomène qui n'est pas immédiatement compris est très commun en science et heureusement car c'est la principale motivation et source d'enthousiasme dans la recherche.

Affirmer qu'une propriété dérive d'un processus biologique implique justement d'en comprendre et d'en démontrer la nature et non pas d'avoir mis en évidence une "anomalie", c'est-à-dire une observation pour l'instant sans explication. Par exemple, si je vois une lumière inhabituelle dans le ciel, je peux ne pas avoir d'explication pour le phénomène, mais affirmer qu'il s'agit d'un vaisseau extraterrestre nécessiterait des données solides démontrant que c'est de cela qu'il s'agit.

Il faut donc bien prendre garde avec ce communiqué sur la phosphine vénusienne à ne pas se retrouver dans une posture qui ne serait pas différente de celle consistant à crier à l'invasion extraterrestre parce qu'on voit une lumière inhabituelle dans le ciel.

Que signifierait "trouver une biosignature" en observant une autre planète ?

  • Que l'on dispose d'un ensemble assez détaillé d'informations concernant la composition et les conditions physiques sur cette planète, son irradiation par l'étoile, ses dégazages volcaniques, etc. Or, cette condition n'est pas encore remplie pour Vénus dont les processus atmosphériques et les échanges entre la surface et l'atmosphère sont encore mal compris.
  • Que cet ensemble de propriétés soit inexplicable par des processus physico-chimiques et géophysiques seuls et que cette conclusion fasse consensus au sein de la communauté scientifique. Il n'y a qu'une publication pour l'instant !
  • Que l'on propose l'hypothèse que des métabolismes puissent être à l'origine de l'anomalie observée [on a sauté directement à cette étape] et que cette hypothèse s'accompagne d'un ensemble de tests observationnels, c'est-à-dire de conséquences impliquées par l'hypothèse et vérifiables par l'observation.
  • Que cette hypothèse tienne la route face aux tests observationnels proposés et à toutes les nouvelles observations disponibles mais aussi face aux théories alternatives, jusqu'au stade éventuel (atteignable ou non ?) où la communauté considérera que cette hypothèse biologique est bien confirmée.
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