Une vue possible de la surface d'une planète océan. © apfelweile, Fotolia

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Exobiologie : certaines planètes océans pourraient accueillir la vie

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Les planètes océans sont un rêve de science-fiction. Pourtant, elles devraient exister dans la Voie lactée. En effet, si les planétologues pensaient jusque-là que leur climat ne pouvait être suffisamment stable pour permettre à la vie de vraiment s'y développer, des simulations numériques aboutissent maintenant à des résultats plus optimistes.

Vénus est légèrement moins massive que la Terre, pourtant c'est un enfer dépourvu d'eau à sa surface, une fournaise constituée essentiellement de gaz carbonique à plus de 460 °C sous une pression de plus de 90 atmosphères. Inversement, les archives géologiques de la Terre conservent la mémoire d'au moins trois glaciations très importantes qui ont conduit à la théorie de la Terre boule de neige (Snowball Earth, en anglais). La surface de la Terre aurait ainsi été presque, voire entièrement, couverte de glace lors de la glaciation dite « huronienne », il y a 2,4 milliards d'années, mais aussi lors de la glaciation sturtienne, il y a 720 millions d'années, et de la glaciation marinoenne, qui s'est achevée il y a 635 millions d'années. Pour les géologues et les planétologues, tous ces phénomènes sont le produit d'interactions et de boucles de rétroaction complexes entre la présence d'océans, de continents et d'une atmosphère via le cycle de l'eau, du carbone, le volcanisme, l'érosion et l'existence ou non d'une tectonique des plaques.

Sur Terre, l'émergence des continents en basaltes et granites a permis au ruissellement des eaux chaudes, rendues acides par la présence de quantités massives de gaz carbonique dans son atmosphère, d'éroder chimiquement ces roches, ce qui a mis en suspension des ions calcium qui ont été emportés dans les océans chauds de la jeune Planète bleue. Là, ces ions ont précipité en donnant des carbonates, piégeant du même coup le gaz carbonique de l'atmosphère dissous dans les océans.

Bilan : le gaz carbonique à l'origine d'un effet de serre pouvant s'emballer a été massivement retiré de l'atmosphère pour donner des sédiments calcaires. Vénus n'a pas eu cette chance et l'effet de serre a augmenté si vite que les océans se sont vaporisés, stoppant le processus de piégeage du carbone. Vénus était en fait trop proche du Soleil avec une température de surface trop élevée pour avoir des chances sérieuses de suivre la même trajectoire que sa sœur.

Les planètes avec des océans, voire carrément des planètes complètement recouvertes par un océan global, ne devraient pas être rares dans la Voie lactée. Rien que dans le Système solaire, les lunes avec des océans sont nombreuses. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais apparaissent alors. Cliquez ensuite sur la roue dentée à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © ScienceAtNASA

Un thermostat avec le cycle du carbone, les continents et les plaques

Sur Terre, la tectonique des plaques a conduit le carbone des sédiments à être injecté dans le manteau par subduction de plaques tectoniques océaniques, ce qui, in fine, le fait ressortir à nouveau sous forme de gaz carbonique à l'occasion d'éruptions volcaniques, dont certaines peuvent être massives, comme ce fut le cas par exemple avec les trapps du Deccan. Or, justement, ce serait sans doute ce volcanisme qui aurait permis à la Terre de sortir de ses phases boule de neige où elle était temporairement piégée. En effet, une fois une couverture glaciaire suffisamment importante, le processus de baisse des températures peut s'emballer car cette couverture réfléchit le rayonnement du Soleil. Théoriquement, ce piégeage devrait être définitif, sauf si un effet de serre suffisamment fort se produit du fait de l'émission massive de CO2 dans l'atmosphère.

La tectonique des plaques, le volcanisme et le magmatisme produisant des continents et des plaques qui se subductent (on pense en plus que l'eau contenue dans les sédiments et roches de ces plaques contribue à « lubrifier », si l'on peut dire, la tectonique des plaques, ce qui, une fois l'eau des océans disparue sur Vénus, aurait stoppé cette tectonique vitale pour maintenir un climat propice à l'habitabilité), on a donc aussi, via les volcans et le cycle de l'eau, un cycle du carbone sur une grande échelle de temps qui stabilise le climat en régulant la quantité de gaz carbonique dans l'atmosphère. Si celle-ci augmente trop, la précipitation des carbonates augmente avec l'érosion des continents et si elle baisse trop, le volcanisme finit par la faire augmenter à nouveau (précisons que ce thermostat naturel sur de grandes durées ne nous sauvera pas du réchauffement climatique que nous avons provoqué imprudemment).

Toutes ces considérations ont conduit les planétologues modernes travaillant à comprendre le nouveau monde des exoplanètes et préoccupés par des questions d'exobiologie à douter de l'habitabilité des planètes océans, dont la présence dans la Voie lactée est suspectée.

Des planètes océans stables pendant plus d'un milliard d'années

En effet, la profondeur de ces océans pourrait se compter en dizaines voire, plus probablement, en centaines de kilomètres, ce qui, non seulement, ne permet pas l'existence de continents mais ne rend pas possible non plus des émissions massives de gaz carbonique lors d'éruptions volcaniques, étant donné la pression des colonnes d'eau.

Le thermostat du cycle du carbone sur Terre ne fonctionnant pas, ces planètes océans ne devraient pas disposer de conditions d'habitabilité durant suffisamment longtemps pour que la vie puisse apparaître et évoluer vers la complexité que nous connaissons sur Terre. Deux chercheurs états-uniens des universités de Chicago et Penn State ont voulu en avoir le cœur net, comme le prouve la publication des résultats de leurs travaux dans The Astrophysical Journal ; ceux-ci sont étonnants (l'article est disponible sur arXiv).

Edwin Kite, professeur adjoint de sciences géophysiques à l'université de Chicago, et son collègue Eric Ford, professeur d'astronomie et d'astrophysique à Penn State, ont en effet modélisé la physique et la chimie des planètes océans. Ils ont conduit des simulations non seulement à partir des modèles construits mais aussi avec ceux de la formation des planètes océans autour d'étoiles de type solaire.

Des milliers de simulations ont été produites, générant donc une large gamme de planètes océans à des distances variables de leurs soleils, avec des contenus en eau, carbone et minéraux qui le sont tout autant. Et là, surprise : environ 10 % de ces planètes océans pouvaient jouir d'un climat stable pendant plus d'un milliard d'années malgré l'absence du thermostat du cycle du carbone terrestre. En bonus, il semble que des résultats similaires devraient pouvoir être obtenus autour des naines rouges, qui sont les étoiles les plus nombreuses de la Voie lactée.

La vie pourrait donc bien exister sur un nombre significatif de planètes océans. De quoi faire d'Aquaend, la planète pénitentiaire dans la série de bande dessinée L'Incal, de Jodorowsky et Mœbius, un peu plus que de la science-fiction.

  • Sur une longue échelle de temps, l'érosion des continents, le volcanisme et les océans en interaction avec l'atmosphère conduisent à un thermostat pour la Terre via un cycle du carbone spécifique.
  • Sans continent, et avec un océan global profond d'au moins 100 km, des planètes océans ne pourraient pas bénéficier de ce thermostat qui a évité à la Terre le destin de Vénus ou l'a fait sortir de grandes glaciations globales.
  • De nouvelles modélisations et simulations laissent penser qu'un autre cycle du carbone permet quand même à certaines de ces exoplanètes, dont la présence est probable dans la Voie lactée, de garder un climat stable pendant plus d'un milliard d'années.
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