Illustration du rover Perseverance et de l'hélicoptère Ingenuity sur Mars. © Nasa

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Comment le rover Perseverance va-t-il chercher la vie sur Mars ?

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[EN VIDÉO] 10 choses à savoir sur Perseverance et Ingenuity  Découvrez le résultat de la mission de deux ans supervisée par la Nasa : Mars 2020 ! 

Cet été, quatre missions seront lancées à destination de Mars, dont celles de la Nasa et de l'Agence spatiale européenne en coopération avec Roscosmos. Elles déposeront chacune un rover sur la Planète rouge dans l'espoir de trouver des traces de vie éteinte voire en activité. Nos explications avec celles de Philippe Labrot, spécialiste de la planète Mars à l'Institut de physique du globe de Paris (IPGP).

Article publié initialement le 11 mars 2020. À noter qu'en raison de la crise sanitaire, le lancement de mission ExoMars a été reporté à 2022.

Aujourd'hui, il ne fait plus de doute que Mars a été habitable dans un lointain passé, qui se mesure en milliards d'années. Mais, les scientifiques ont bien du mal à préciser à quelle époque et pendant combien de temps. Cela dit, si l'on se fie aux données les plus récentes, on estime que dans le passé les conditions environnementales martiennes ont été favorables à l'apparition de la vie mais n'auraient duré, au maximum, que 700 millions d'années. Compte tenu de ce laps de temps très court et en tenant compte des hypothèses qui font consensus, si une forme de vie est apparue sur Mars, même en supposant qu'elle soit apparue très rapidement après la formation de Mars, le temps nécessaire à son évolution fut trop court.

À cela s'ajoute le fait que seulement certains endroits étaient habitables, dispersés dans le temps et l'espace, qui n'étaient pas liés les uns aux autres. C'est-à-dire que la présence d'eau à l'état liquide était tout de même très aléatoire lors des 500 premiers millions d'années de l'histoire de la planète. Dit autrement, même si Mars présente des caractéristiques lui conférant une habitabilité dans son passé, il n'est pas pour autant certain que la vie ait pu y émerger. Et si elle s'y était développée, elle serait probablement restée à un stade très primitif. Il faut aussi savoir que la recherche de la vie sur Mars va se concentrer sur des organismes primitifs anaérobies qui ne peuvent pas supporter l'oxygène, car c'est la situation sur Mars aujourd'hui et celle d'il y a quelque quatre milliards d'années, à l'époque où l'on suppose que la planète était habitable.

Comparaison des atmosphères de Mars et de la Terre. © ESA

Cela dit, après que Curiosity a découvert du méthane et quelques molécules organiques, on ne peut « toujours pas affirmer qu'il y a ou qu'il y a eu de la vie sur Mars ! », nous explique Philippe Labrot spécialiste de la planète Mars à l'Institut de physique du globe de Paris (IPGP). Si de la vie s'est formée, on n'imagine pas qu'elle ait pu se complexifier comme sur Terre, sachant que sur Terre cela a pris des milliards d'années. Donc, seule une « forme de vie primitive de type bactérien a pu perdurer un temps sur la Planète rouge ». D'ailleurs, les molécules découvertes par Curiosity ne « sont pas si complexes que cela, au regard des macromolécules qui constituent le vivant sur Terre ».

Et puis, les conditions environnementales à l'époque de l'habitabilité supposée de la planète étaient tout de même assez extrêmes. Très peu de temps après la formation de Mars, il y a 3,9 à 3,8 milliards d'années, la planète a perdu son champ magnétique, et climat et environnement ont subi une forte dégradation avec des conséquences néfastes pour l'évolution de la vie martienne. L'environnement est devenu plus acide, plus froid et sec, rendant la surface de la planète invivable en empêchant toute activité biologique.

En juillet 2020, quatre missions seront lancées à destination de Mars, dont celles de la Nasa et de l'ESA qui utiliseront chacune un rover pour chercher des indices de vie éteinte ou en activité sur Mars. Les deux autres missions sont une mission de démonstration technologique des Émirats arabes unis, avec Hope Mars Mission, qui a pour but d'étudier l'atmosphère et le climat au sol avec deux spectromètres et la Chinoise Huoxing-1 (HX-1), constituée d'un orbiteur et d'un rover qui a notamment pour objectif de préparer un retour d'échantillons martiens.

Le rover Mars 2020 s'appelle désormais « Perseverance ». © Nasa, JPL-Caltech

Le pari des terrains anciens

Avec Mars 2020 nommé aujourd'hui « Perseverance » et Rosalind Franklin (ExoMars 2020), les scientifiques veulent détecter d'éventuelles traces de vie éteinte ou actuelle à la surface mais aussi, avec Rosalind Franklin, sous la surface martienne. Ces deux rovers ont pour objectif la recherche de « matière organique et des molécules prébiotiques », c'est-à-dire des molécules organiques qui sont de potentielles traces de vie dont des stromatolithes, « seules traces de vie visibles à l'œil nu, toutes les autres (microfossiles, biosignatures chimiques et isotopiques, etc.) sont invisibles et doivent faire l'objet d'analyses spécifiques ». Le but est aussi de déterminer si les éléments chimiques et d'environnement qui font que la vie a pu démarrer sur Mars sont présents.

Pour chercher ces fossiles, la Nasa et l'ESA vont atterrir sur des terrains très anciens. Mars 2020 atterrira dans le cratère Jezero où l'équipe de la mission est convaincue que ce site abrite de nombreux fossiles de micro-organismes, s'ils ont existé bien évidemment. En fin de mission, le rover sera dirigé vers Midway, autre site propice à la découverte de traces de vie. Le cratère Jezero était autrefois, il y a environ 3,5 milliards d'années, un lac drainant les cours d'eau provenant d'un bassin d'environ 15.000 km². De nombreux fossiles de micro-organismes, s'ils ont existé, pourraient se retrouver piégés dans ses couches argileuses. Quant à Midway, ce site a la particularité d'avoir des couches géologiques, qui ne sont pas les éjectas du cratère, encore plus anciennes que celles de Jezero. Elles sont très diversifiées dans leur composition et certaines sont riches en olivine et carbonate. Une association de matériaux qui, sur Terre, est très favorable à la vie.

Quant à Rosalind Franklin, le rover se posera dans Oxia Planum, une vaste plaine datant de 4 milliards d'années. Ce bassin peu profond abriterait des argiles susceptibles de conserver des biosignatures datant de la période aqueuse, il y a un peu moins de 4 milliards d'années. Les scientifiques sont convaincus que des sédiments à grains fins, déposés pendant l'ancienne époque noachienne, ont pu conserver la preuve de l'existence de micro-organismes dans ce milieu favorable à l'apparition de la vie.

Le pari de la spectroscopie Raman

Par rapport aux missions Viking et Curiosity, dont les méthodes d'analyse ont montré certaines limites, la Nasa et l'ESA vont utiliser pour la première fois des spectromètres Raman. Le grand avantage de la spectroscopie Raman est qu'elle ne demande pas de préparation de l'échantillon et qu'elle est extrêmement facile à mettre en œuvre et non destructive. Il faut savoir que lors des missions précédentes, la matière organique était analysée sur une colonne de chromatographie, couplée à un spectromètre de masse et un four à pyrolyse. Les scientifiques se sont rendu compte que cela n'était pas la bonne technique. Dans le four, les molécules très oxydantes détruisent de la matière organique. Cette nouvelle technique d'analyse « permettra de pister d'éventuels marqueurs de la vie ». Elle mesurera à distance la composition chimique des molécules organiques contenues dans les roches.

Rosalind Franklin l'utilisera pour étudier des échantillons prélevés et réduits en poudre. Celui de Mars 2020 analysera la roche in situ : à distance avec le laser de SuperCam, ou au contact avec l'outil Sherloc situé au bout de son bras robotisé.

Sur ExoMars, les instruments sont très bien adaptés à la recherche des traces de vie. L'ESA déploiera un rover avec un ensemble d'instruments dédiés à la recherche de vie passée ou présente, la caractérisation de l'environnement géochimique et en eau de la subsurface, et l'étude des conditions à la surface en matière d'habitabilité. À cela s'ajoute que le rover embarque une foreuse qui peut s'enfoncer jusqu'à deux mètres de profondeur. À cette profondeur, les radiations spatiales sont fortement atténuées et il peut y avoir plus d'humidité, provenant de glace d'eau chargée en sels et non sublimée du fait de la protection du sol, et donc évidemment de la vie (si elle existe !) ou des traces d'évolution vers la vie. Si le terrain sur lequel se posera le rover européen semble particulièrement bien adapté à la foreuse du rover, les opérations de forage seront sans doute très délicates à conduire comme le montre le pénétrateur HP3 d'InSight, qui certes n'est pas un dispositif de forage, mais qui illustre bien les difficultés posées par ce genre d'opérations.

Une vue du rover Curiosity dans le cratère Gale en mai 2019. © Nasa, JPL-Caltech

Le pari de forer le sous-sol martien

Cela dit, techniquement il est très difficile de forer le sol martien. D'ailleurs, les Américains ne s'y sont jamais aventurés. La Nasa a bien envisagé une mission pour forer la glace, mais lors de tests sur Terre elle a été confrontée à de nombreux problèmes techniques au point d'abandonner cette idée. Curiosity peut forer mais seulement sur cinq ou six centimètres avec des ennuis à répétition. Comme le montre InSight, dont l'instrument HP3 n'arrive pas à s'enfoncer alors qu'il devrait être à cinq mètres de profondeur, le forage sur Mars est difficile et très challenging.

La principale difficulté pour l'Agence spatiale européenne, c'est qu'elle n'a aucune expérience dans l'exploration robotique de Mars alors que la Nasa, c'est quarante ans d'étude de la Planète rouge ! L'ESA va débarquer sur Mars pour sa première mission d'exploration in situ alors que les Américains la considèrent comme terminée et préfèrent orienter leurs efforts sur un seul objectif : celui de rapporter sur Terre des échantillons du sol martien. C'est pourquoi, Mars 2020 ouvre un nouveau chapitre de l'histoire de l'exploration martienne, en étant la première étape d'un retour d’échantillons. Elle est aussi la suite logique du programme d'exploration martien. Elle a aussi comme objectifs principaux de préparer une mission habitée sur Mars, avec Moxie par exemple qui aura pour mission de démontrer qu'il est possible de fabriquer de l'oxygène sur Mars, à partir de l'atmosphère martienne, et d'identifier des roches remarquables qui seront conditionnées pour être, le cas échéant, rapportées sur Terre dans le cadre d'une future mission de retour d'échantillons martiens.

Il faut garder à l'esprit que la découverte de fossiles de micro-organismes (cellules, très petites et très fragiles) est incroyablement difficile à faire sur Terre, alors le faire sur Mars, ce ne sera pas une mince affaire. C'est aussi très controversé. Dès que l'on est sur des roches vieilles de plusieurs milliards d'années, « ce que la nature a laissé comme trace n'est pas suffisant », précise Philippe Labrot, titulaire d'un doctorat en micropaléontologie précambrienne. Les microscopes à bord des rovers ne sont pas « suffisamment performants pour observer des micro-organismes qui sont de taille micrométrique ». Au mieux, celui des Européens sera capable de voir des colonies de micro-organismes qui apparaîtront sous la forme de biofilms particulièrement noirs dans les roches. Cependant, il sera impossible de déterminer leur morphologie.

Ces stromatolithes sont visibles sur les rives du lac Thetis, en Australie. Ils ont une croissance relativement lente, puisqu'elle est de 0,4 millimètres par an (mesure faite à Shark Bay, toujours en Australie). © Ruth Ellison, Flickr, CC by-nc 2.0

Le pari de découvrir des stromatolithes martiens

Cela dit, les rovers peuvent avoir de la chance et « trouver des stromatolithes, une preuve potentielle que la vie sur Mars existe ou a existé ». Aujourd'hui, la Nasa s'entraîne sur des terrains où l'on trouve des stromatolithes très anciens qui sont autant de traces d'activité d'organismes vivants mais dont certaines formations ressemblent à s'y méprendre à des stromatolithes, mais n'en sont pas.

Enfin, si au terme de ces deux missions, aucune trace de vie a été trouvée, « ce ne sera évidemment pas un échec » tient à souligner Philippe Labrot. Mais, il faudra se rendre à l'évidence. Sachant que Mars n'a jamais été complètement habitable comme la Terre, qui a toujours été recouverte par un océan, et que la présence d'eau à l'état liquide est tout de même très aléatoire lors des 500 premiers millions d'années de son histoire, il se peut « qu'aucune forme de vie ait émergé sur les terrains choisis ». Soit on n'utilise pas les bonnes techniques pour y parvenir mais, cela serait très étonnant sachant que les biologistes sont intimement « convaincus que la vie ne se conçoit qu'avec de l'eau liquide et du carbone » et c'est d'ailleurs sur cette hypothèse que l'on s'appuie pour rechercher de la vie dans l'Univers. Enfin, troisième hypothèse, que la « vie qui a émergé sur Mars ne soit pas similaire à ce que la Terre a pu abriter à la même période ce qui expliquerait et laisserait à penser que si elle existe, la vie n'est pas identique partout et qu'il existe plusieurs chemins pour y arriver ».

Pour en savoir plus

Mars : où et comment le rover Mars 2020 va chercher des traces de vie

Article de Nathalie Mayer publié le 25/02/2020

La vie a-t-elle un jour prospéré sur Mars ? C'est l'une des questions fondamentales que le rover Mars 2020 est chargé d'éclaircir. Son lancement est prévu pour le mois de juillet prochain. Une fois posé sur la Planète rouge, il ramassera des échantillons soigneusement sélectionnés. Leur analyse apportera des réponses.

L'objectif de la mission Mars 2020 menée par le Jet Propulsion Laboratory de la Nasa (États-Unis) est d'explorer la Planète rouge à l'aide d'un rover, de récolter des échantillons de sol, des roches et des sédiments. Après avoir été scellés dans des tubes, seulement trois douzaines d'entre eux devraient pouvoir être ensuite ramenés sur Terre pour analyse. C'est très peu pour les chercheurs qui espèrent retracer ainsi l'histoire d'une planète entière et trouver quelques traces d'une vie passée. Pour satisfaire l'ensemble des chercheurs impliqués, les échantillons devront être minutieusement sélectionnés.

Si la vie a existé sur Mars, elle était probablement de forme microbienne

« Si la vie a existé sur Mars, elle était probablement de forme microbienne. Avec Mars 2020, nous rechercherons donc quelque chose de microscopique », raconte Tanja Bosak, chercheur, dans un communiqué du Massachusetts Institute of Technology (MIT, États-Unis). Quelque chose de microscopique sous une forme fossilisée. Or, les fossiles, quels qu'ils soient, sont relativement rares au regard de la population d'origine. Et plus encore ceux issus de micro-organismes à corps mou. Pour mettre un maximum de chances de leur côté, les scientifiques devront donc, par exemple, s'orienter vers des environnements où cette vie aurait pu être abondante.

À proximité d'une étendue d'eau. Et c'est pourquoi Mars 2020 explorera le cratère Jezero, identifié sur les images satellites comme un ancien lac alimenté par une rivière. Les instruments qui équiperont le rover donneront aux chercheurs des informations relatives à la composition des sédiments sur place afin de les aider à décider de prélever ou non des échantillons. Des traces de carbonate, de minéraux argileux et de silice amorphe indiqueraient que des fossiles ont pu être conservés.

Sur cette vue d’artiste, le rover Mars 2020 prélevant des échantillons du sol de la Planète rouge. Des échantillons qui seront stockés sur place en attendant qu’une autre mission vienne les récupérer et les ramène sur Terre pour analyse. © JPL-Caltech, Nasa

Sur Mars, des traces d’une vie microbienne ?

C'est ensuite le foret et la caméra du rover qui apporteront des indications utiles aux chercheurs. Les processus de fossilisation microbienne donnent en effet naissance à des structures spécifiques et visibles à l'œil. Des structures qui ne peuvent pas être dupliquées par des processus géologiques abiotiques. Il faudra ensuite attendre de voir si l'analyse des échantillons montre bien des précurseurs chimiques de la vie.

L'autre grande question qui pourrait être élucidée grâce aux échantillons recueillis par Mars 2020 est de savoir pourquoi Mars, une planète initialement chaude, avec une atmosphère significative et de l'eau liquide, est devenue celle que nous connaissons aujourd'hui, une planète froide et aride. « L'une des hypothèses est que Mars a perdu son champ magnétique, puis que son atmosphère a été détruite par le rayonnement solaire. Il n'y avait alors plus d'effet de serre pour garder la planète au chaud et plus de pression suffisante à maintenir une eau liquide », explique Ben Wise, chercheur, dans le même communiqué du MIT.

Les roches martiennes pourraient bien avoir gardé en elles quelques preuves d'un tel cataclysme. En effet, lorsqu'une roche se forme sur une planète présentant un champ magnétique, les électrons des atomes qui constituent la roche s'alignent suivant ce champ. Sans champ magnétique, ils s'orientent de manière aléatoire. Ainsi, des roches martiennes d'âges différents pourraient montrer des proportions différentes d'électrons alignés.

Quoi qu'il en soit, les chercheurs attendent beaucoup de Mars 2020. Trouver des traces de vie serait bien sûr remarquable. Mais ne pas en trouver ouvrirait pas mal de questions comme pourquoi Mars est ainsi restée stérile alors même qu'elle ressemble tant à la Terre. Ou, si les preuves se limitent à des traces de chimie prébiotique, les chercheurs pourront se demander pourquoi la vie sur la Planète rouge n'est pas allée plus loin.


Mars 2020 : le rover cherchera des traces de vie dans le cratère Jezero

Article de Rémy Decourt paru le 20/11/2018

La Nasa vient d'annoncer que le rover Mars 2020 atterrira dans le cratère Jezero où l'équipe de la mission est convaincue que ce site abrite de nombreux fossiles de micro-organismes, s'ils ont existé bien évidemment. La Nasa a également ouvert la voie à une méga-mission ! En effet, à la fin de sa mission initiale, le rover sera vraisemblablement dirigé vers Midway, autre site propice à la découverte de traces de vie. L'intérêt d'explorer deux sites aux caractéristiques géologiques différentes augmentent le retour scientifique ; c'est aussi une stratégie pragmatique en vue du retour des échantillons que va collecter le rover. En effet, plusieurs points de collecte sont prévus qui sont autant d'options possibles pour le rover qui viendra les récupérer. Nos explications sur cette méga-mission avec Cathy Quantin-Nataf, directrice de l'équipe ERC e-Mars, en charge de la sélection du site d'atterrissage du rover ExoMars 2020.

Le cratère Jezero, dont on peut voir les traces d'un ancien delta et lac, sera le site d'atterrissage du rover Mars 2020. © Nasa, JPL-Caltech, MSSS, JHU-AP

La Nasa a choisi le cratère Jezero comme site d'atterrissage du rover Mars 2020. Ce rover doit quitter la Terre en 2020, à l'intérieur d'une fenêtre de lancement qui s'ouvre le 17 juillet et se ferme le 5 août 2020. Il a pour principaux objectifs la recherche directe de signes d'une vie microbienne passée, de collecter des échantillons qui seront récupérés par une autre mission, et de préparer l'arrivée d'une première mission habitée sur la planète rouge. Son atterrissage sur Mars est prévu en février 2021.

Il se posera donc à l'intérieur du cratère Jezero qui possède un environnement d'intérêt pour l'exobiologie ainsi que pour sa diversité géologique. Des quatre sites en compétition, le cratère Jezero était aussi le préféré de l'équipe scientifique du projet. Celle-ci avait également proposé à la Nasa une méga-mission alliant non pas un site, mais deux ! Une stratégie inédite rendue possible par la confiance qu'inspire Curiosity, qui roule depuis maintenant plus de 6 ans sur la planète, et dont la conception du rover Mars 2020 s'inspire avec néanmoins des améliorations supplémentaires.

Le rover Mars 2020 embarquera 21 instruments et 23 caméras. Ce rover filmera et photographiera en plusieurs dimensions comme aucune autre mission sur Mars auparavant. © Nasa, JPL-Caltech

Mars 2020 : deux sites pour maximiser le retour scientifique

Concrètement, Mars 2020 va d'abord atterrir à l'intérieur du cratère Jezero puis, à la fin de sa mission initiale, rejoindra Midway, un site qui possède également un environnement d'intérêt pour l'exobiologie et offre une grande diversité géologique. Distant d'une vingtaine de kilomètres du cratère Jezero, plusieurs mois seront nécessaires pour le rejoindre.

Le cratère Jezero était autrefois, il y a environ 3,5 milliards d'années, un lac drainant les cours d'eau provenant d'un bassin d'environ 15.000 Km². De nombreux fossiles de micro-organismes, s'ils ont existé, pourraient se retrouver piégés dans ses couches argileuses. Quant à Midway, ce site a la particularité d'avoir des couches géologiques, qui ne sont pas les éjectas du cratère, encore plus anciennes que celles de Jezero. Elles sont très diversifiées dans leur composition et certaines sont riches en olivine et carbonate. Une association de matériaux qui, sur Terre, est très favorable à la vie.

Des échantillons pour mieux dater l’histoire de Mars

Bien qu'ils soient tous les deux favorables à la recherche de bio-signatures et de preuves potentielles d'une vie passée, Midway et Jezero ont été façonnés par des processus géologiques différents. Une stratégie qui optimisera le retour scientifique et la collecte des échantillons en les prélevant depuis plusieurs endroits différents. Elle a aussi comme intérêt d'offrir plusieurs lieux de collecte et donc, d'option, pour la future mission qui viendra récupérer ces échantillons pour les retourner sur Terre.

Si la recherche d'une forme de vie éteinte est le principal objectif de l'étude de ces échantillons, la datation est l'un des grands intérêts scientifiques de ce retour d'échantillons martiens. Il faut savoir que les âges donnés sur Mars sont établis grâce à la méthode empruntée à la Lune et basée sur le nombre de cratère au kilomètre carré. Cette méthode part du principe que, plus un terrain est ancien, plus il est cratérisé. Elle a permis d'établir trois grandes périodes martiennes, le Noachien, l'Hespérien et l'Amazonien (périodes classées de la plus ancienne à la plus récente), elles-mêmes divisées en sous périodes. Mais, si elle est assez précise pour dater l'histoire de la Lune, cette méthode appliquée à Mars comporte beaucoup de biais. L'erreur de datation peut donc être très importante. Ainsi pour les périodes de l'histoire martienne entre 1 et 2 milliards d'années, l'incertitude peut être d'un milliard d'années ! Par contre, autour des quatre milliards d'années, cette incertitude est moins grande (quelque 200 à 300 millions d'années).

Note

Cet article a été écrit avec l'éclairage scientifique de Cathy Quantin-Nataf, professeure à l'université Lyon 1 et chercheuse au Laboratoire de Géologie de Lyon. Elle est aussi directrice de l'équipe ERC e-Mars, en charge de la sélection du site d'atterrissage du rover ExoMars 2020 de l'Agence spatiale européenne.

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