Depuis 15 ans, des émissions de méthane détectées dans l'atmosphère martienne rendent perplexes les exobiologistes car elles pourraient trahir l'existence de micro-organismes. Le rover Curiosity vient de mesurer il y a peu son plus haut taux dans l'atmosphère pour ces émissions.

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[EN VIDÉO] Curiosity : un an sur Mars en deux minutes Découvrez dans ce timelapse une année d'exploration martienne en deux minutes. Curiosity est à l'oeuvre : le rover roule, creuse... © NASA/JPL

La saga du méthane (CH4) dans l'atmosphèreatmosphère de Mars dure depuis le début des années 2000, notamment avec une publication retentissante en 2004 de la planétologue Thérèse Encrenaz et ses collègues qui avaient repéré des traces de ce gazgaz à l'aide des instruments de la sonde européenne Mars Express. On a constaté par la suite que l'on était en présence de suintements saisonniers de méthane ce qui n'a fait qu'augmenter l'excitation des exobiologistes. Il faut savoir en effet que les modèles photochimiques de l'atmosphère martienne prédisent que ce gaz aurait une duréedurée de vie d'environ 300 ans. Il en résulte que toute détection implique une injection très récente dans l'atmosphère à l'échelle géologique.

Parmi les origines possibles de ces injections, il en est une qui fascine puisqu'il pourrait s'agir de micro-organismesmicro-organismes qui seraient des cousins des méthanogènes terrestres, des archéesarchées qui peuvent prospérer dans des environnements extrêmes comme les désertsdéserts, les glaces du Groenland et même les geysersgeysers et les évents hydrothermaux. Pour se développer, ils n'ont besoin que du gaz carbonique et de l'hydrogènehydrogène comme source d'énergieénergie car ce ne sont pas des organismes photoautotrophes (effectuant la photosynthèsephotosynthèse), mais bien chimiotrophes.


En 2015, un article scientifique publié dans la revue américaine Science montrait que du méthane aurait été détecté sur la Planète rouge par le robot Curiosity. D'où proviendrait-il ? Plusieurs hypothèses, toujours valables, étaient exposées par Francis Rocard, planétologue au Cnes. © Cnes

Du méthane d'origine biogénique ou abiogénique ?

Anaérobies, ces micro-organismes sont donc capables de prospérer dans des milieux anoxiquesanoxiques, sans oxygèneoxygène, et dépourvus de matièrematière organique. Ce sont donc des extrêmophiles potentiellement capables de survivre sur Mars.

Au début de son histoire, tout indique que Mars était nettement plus accueillante, avec de vastes étendues d'eau liquideliquide et un volcanismevolcanisme actif, à l'instar de la jeune TerreTerre. La vie aurait donc très bien pu y apparaître et prendre le temps de s'adapter à des conditions devenant lentement de plus en plus difficiles. Certains descendants des premiers micro-organismes martiens similaires aux méthanogènes terrestres pourraient encore exister, peut-être dans des poches d'eau maintenue liquide par la chaleurchaleur de l'activité volcanique résiduelle de Mars. Ce serait donc leur activité productrice de méthane qui serait détectée aujourd'hui par les sondes martiennes.

Mais comme Francis RocardFrancis Rocard l'expliquait dans la vidéo du Cnes ci-dessus, la prudence s'impose car d'autres explications de ces suintements saisonniers de méthane sont tout aussi crédibles. Ils pourraient notamment provenir de clathrates fossilesfossiles, de la glace riche en méthane bien connue au fond des océans sur Terre, présents juste sous la surface de Mars. À l'occasion du printemps et surtout de l'été martien, l'élévation de la température vaporiserait de la glace dans des fissures en surface permettant à ce méthane de se libérer.

Cette image a été prise par le rover Curiosity de la Nasa, le 18 juin 2019, le 2440<sup>e</sup> jour martien de la mission. © Nasa/JPL-Caltech
Cette image a été prise par le rover Curiosity de la Nasa, le 18 juin 2019, le 2440e jour martien de la mission. © Nasa/JPL-Caltech

Un record de 21 parties par milliard de méthane mesuré par Sam

Pour départager les hypothèses en lice, il faut continuer de surveiller et d'étudier ces émissionsémissions de méthane. C'est ce que fait la NasaNasa avec le roverrover Curiosity, qui en a mesuré plusieurs ces dernières années comme le prouve les articles précédents de Futura ci-dessous. Elle vient de faire savoir en cette fin du mois de juin 2019 que le rover venait de mesurer son plus haut taux de CH4 avec l'instrument Sam (Sample Analysis at Mars).

Le spectromètrespectromètre laser développé par le Centre de vol spatial Goddard de la Nasa (avec une participation des laboratoires français Latmos et LisaLisa) a en effet mesuré une quantité de méthane d'environ 21 parties par milliard en volumevolume (ppbv). Rappelons qu'un ppbv signifie que si vous prenez un volume d'airair sur Mars, un milliardième du volume d'air est constitué de méthane.

Malheureusement, comme le rappelle l'états-unien Paul Mahaffy, qui dirige l'équipe en charge du Sam : « Avec nos mesures actuelles, nous n'avons aucun moyen de savoir si la source de méthane est d'origine biologique ou géologique, ancienne ou moderne ».


En mai 2019, voilà quelle est la situation du rover martien Curiosity. 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 ». © Nasa Jet Propulsion Laboratory (JPL)

Mars : la présence de méthane autour de Curiosity confirmée

Article de Xavier DemeersmanXavier Demeersman, publié le 03/04/2019

Le 15 juin 2013, le rover Curiosity détectait un pic d'émissions de méthane sur le site du cratère Gale où il est situé. De nouvelles analyses des données collectées en orbiteorbite par Mars ExpressMars Express montrent que la sonde a, elle aussi, enregistré une hausse des émissions de ce gaz au même endroit, à la même date. D'où vient ce méthane ? Son origine est-elle biologique ou géologique ?

La chasse au méthane martien connaît de nombreux rebondissements. En 2004, peu de temps après son arrivée en orbite autour de Mars, Mars Express détectait des signes très légers de la présence de ce gaz dans l'atmosphère de la Planète rouge. De petites quantités qui peinent à convaincre mais posent quand même la question de son origine, s'il y a bien du méthane. Était-il produit à ce moment-là dans le sous-sol de Mars ? Ou bien s'agissait-il de méthane très ancien qui venait de s'échapper ? Et par dessus tout, est-ce que ce méthane est, ou avait été, généré par des organismes vivants ou encore, était-il d'origine géologique ? Ou les deux (comme c'est le cas sur Terre) ? Certains attribuent aussi ces suintements épisodiques à l'apport de matière carbonée par les météorites qui pleuvent sur Mars.

Récemment, et à la surprise des chercheurs, l'ESAESA annonçait que sa sonde Trace Gaz Orbiter (TGO) n'en a pas trouvé trace dans l'atmosphère martienne. Enfin, aucune qui ne soit à sa portée bien que le niveau de sensibilité du spectromètre PFSPFS (Planetary Fourier Spectrometer) soit bas -- mais comme on le sait : « L'absence de preuve n'est pas une preuve d'absence ». Alors, fin de l'histoire ? Non, l'Agence spatiale européenne vient cette fois de révéler qu'une analyse des données de son orbiteur Mars Express, à la date du 16 juin 2013, montre une hausse des émissions de méthane dans la région explorée par Curiosity, le cratère Gale. C'est-à-dire, le lendemain des détections de ce dernier. C'est la première fois que des mesures réalisées au sol sont corroborées indépendamment par des observations en orbite.

Schéma présentant les différentes sources possibles d’émissions de méthane et les processus de dégradation expliquant sa disparition relativement rapide de l’atmosphère martienne. © Nasa
Schéma présentant les différentes sources possibles d’émissions de méthane et les processus de dégradation expliquant sa disparition relativement rapide de l’atmosphère martienne. © Nasa

D'où proviennent ces émissions de méthane ? C'était un pic à 15 parties par milliard (ppb). Cela ne paraît pas beaucoup mais « pour Mars, c'est tout à fait remarquable, relève Marco Giuranna, en charge de l'instrument PFS. Notre mesure correspond à une moyenne d'environ 46 tonnes de méthane présent dans une zone de 49.000 kilomètres carrés observée depuis notre orbite ».Pour tenter de savoir d'où pourrait provenir cette soudaine hausse de méthane autour de Curiosity, le chercheur de l'Institut d'astrophysiqueastrophysique et de planétologie spatiales de Rome et son équipe sont partis sur ses traces. « Nos nouvelles données [...] changent l'interprétation de l'origine du méthane, en particulier si l'on considère les modèles de circulation atmosphériquecirculation atmosphérique globale avec la géologiegéologie locale », a-t-il déclaré, ajoutant que « sur la base des preuves géologiques et de la quantité de méthane mesurée, nous pensons que la source n'est pas probablement pas située dans le cratère ».

Au terme de deux enquêtes parallèles -- l'une sur la dynamique des émissions inférée par de très nombreux scénarios simulés pour des cellules de 250 km2 d'une grille posée sur la région autour du cratère Gale, et l'autre, sur les caractéristiques géologiques de la même région --, qui toutes deux suggèrent la même localisation, les chercheurs tendent à penser que ces émissions pourraient être liées à des « événements sismiques », n'excluant pas qu'ils puissent être déclenchés par la chute de météoritesmétéorites. Il est possible que le méthane piégé sous la surface s'échappe par intermittence via des fissures dans le pergélisolpergélisol.« Nos résultats appuient l'idée selon laquelle les rejets de méthane sur Mars pourraient être caractérisés par de petits événements géologiques transitoires plutôt que par une présence mondiale en constante reconstitution, conclue Frank Daerden, coauteur de l'étude qui vient de paraître dans Nature Geoscience, mais nous devons mieux comprendre comment le méthane est éliminé de l'atmosphère et comment réconcilier les données de Mars Express avec les résultats d'autres missions ».

La présence de méthane sur Mars demande à être recoupée par d'autres observations (en particulier TGO). Rien ne permet d'affirmer qu'il est d'origine biologique.Vie sur Mars : des bactéries productrices de méthane survivraient sans problème


Sur Mars, d'étranges émanations de méthane autour de Curiosity

Article de Rémy DecourtRémy Decourt publié le 17 décembre 2014

À partir de données acquises par Curiosity, une équipe de chercheurs de plusieurs pays suggère que le taux de méthane atmosphérique dans le cratère Gale est en général plus faible que prédit mais avec de fréquents pics. Autrement dit, ce gaz est périodiquement émis par une source proche du rover mais inconnue ! Pierre-Yves Meslin, chercheur à l'Irap, nous explique ces derniers rebondissements de l'affaire du mystérieux méthane martien.Le rover Curiosity a montré que le méthane est parfois produit ou libéré près du cratère de Gale, sans que l'on sache comment ni où.

Sur Terre, de 80 à 90 % du méthane atmosphérique (CH4) est d'origine biologique ou thermogène, c'est-à-dire lié à la transformation en profondeur de la matière organique que l'on trouve dans les sédimentssédiments. Environ 10 % sont produits par l'activité volcanique et hydrothermale de la planète. Alors quand en 2003, la sonde de l'Agence spatiale européenne Mars Express en découvre pour la première fois sur Mars, mesures par la suite corroborées par d'autres sondes martiennes et également depuis la Terre, les spécialistes de la Planète rouge s'emparent de la question.Cette découverte soulève beaucoup de questions d'autant plus que les résultats sont assez difficiles à comprendre et sujets à polémique, en particulier à cause d'incohérences entre les différents jeux de données. L'idée de vachesvaches dégazant dans les plaines martiennes est rapidement abandonnée mais depuis 2003 les chercheurs butent sur les processus de production et de destruction de ce gaz dans l'atmosphère.Pour répondre à ces questions, Curiosity embarque un instrument spécifiquement dédié à la recherche du méthane. Il s'agit du spectromètre TLS, un des instruments de la suite instrumentale SAM. Ce spectromètre est un laserlaser ajustable qui s'accorde dans l'infrarougeinfrarouge à 3,3 micronsmicrons, ce qui correspond à un ensemble de bandes d'absorptionabsorption du méthane et dont l'intensité au travers de la cellule de prélèvement atmosphérique varie avec l'abondance de ce gaz. C'est donc la première fois que le méthane est mesuré à la surface de Mars et que l'étude qui en découle est publiée. Les données correspondent à 13 mesures effectuées durant les 600 premiers jours de la mission de Curiosity. Le résultat de cette étude « suggère que le méthane est parfois produit ou libéré près du cratère de Gale, de façon sporadique, et qu'il se disperse rapidement lorsque ces épisodes cessent », nous explique Pierre-Yves Meslin de l'institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), du CNRS et de l'université Paul Sabatier de Toulouse qui a participé à cette étude internationale aux côtés d'autres chercheurs internationaux, dont le Français Patrice Coll du Laboratoire inter-universitaire des systèmes atmosphériques (Lisa) et du CNRS à Paris.

Première détection de méthane depuis la surface

Curiosity a bien confirmé son existence mais à un niveau plus faible que prédit par certains modèles basés sur la dégradation de matière organique d'origine météoritique par le rayonnement UVUV en surface. Il s'y trouve à quelque 0,7 ppbv (part per billion by volume), c'est-à-dire en moyenne 0,7 moléculemolécule pour un milliard de molécules de gaz, une valeur jusqu'à plusieurs dizaines de fois plus faible que ce qui avait été précédemment mesuré. Cette teneur est « très vraisemblablement le niveau de fond du méthane dans l'atmosphère martienne ». Mais le plus surprenant est que « des pics de concentrations ont été mesurés à quatre reprises sur une période de 60 jours ». Curiosity a en effet enregistré des niveaux des pics environ dix fois plus élevés, « autour de 7 ppbv, ce qui nous a surpris puisque les modèles photochimiques de l'atmosphère martienne prédisent que ce gaz aurait une durée de vie d'environ 300 ans, ce qui implique une répartition homogène dans l'atmosphère... sauf si la source est actuelle et locale ».Sources et mécanismes de dégradation possibles du méthane martien : apport de matière organique par des météorites (cosmic dust) transformée ensuite en méthane par les UV, production par des micro-organismes enfouis (microbes), altération de l'olivineolivine en présence d'eau liquide (water), stockage sous forme de clathratesclathrates (clathrate storage), transformation par les UV (photochemistry) en formaldéhydeformaldéhyde et méthanol puis en CO2. © Nasa/JPL/SAM-GSFC/Univ. of Michigan

Pour expliquer cette augmentation sur une échelle de temps aussi réduite, les scientifiques suggèrent donc un dégazagedégazage de méthane relativement proche du site de Curioisity. La Nasa a bien essayé d'identifier ce site mais sans résultat. Les mesures météorologiques, dont celles des ventsvents enregistrées par Curiosity, permettront peut-être de « circonscrire la zone source que l'on suppose être au nord de sa position ». Les scientifiques ont également regardé dans les environs du cratère Gale pour vérifier si récemment un cratère d’impact s’était formé. La chute d'une météorite faisait en effet partie des différents scénarios envisagés.Les variations des teneurs en méthane restent inexpliquéesCette faible concentration de méthane dans l'atmosphère martienne (en comparaison des autres valeurs publiées jusqu'à présent) pourrait s'expliquer par un apport continuel de météorites « dont celles de la famille des chondriteschondrites carbonées qui possèdent de la matière organique », ou de particules de poussières interplanétaires, qui ensemencent la surface de la planète. « Le méthane serait produit par la dégradation de la matière organique apportée par ces météorites sous l'effet de l'intense rayonnement UV à la surface de la planète, un phénomène mis en évidence en laboratoire » qui convertit le carbonecarbone organique qu'elles contiennent en méthane. Des modèles montrent que le méthane ainsi produit pourrait s'élever à une concentration globale d'environ 2 ppbv dans l'atmosphère martienne.

Pour expliquer que la concentration en méthane atteint des pics environ dix fois plus élevés, plusieurs hypothèses cohabitent. L'une d'elles est que de « la matière organique non biologique - par exemple résultant de l'apport météoritique - se trouve enfouie puis transformée dans le sol en profondeur avec des sédiments ». On peut imaginer également des processus d'altération de minérauxminéraux primaires en présence d'eau liquide libérant du méthane en profondeur ou, enfin, que des hydrates de méthane soient devenus instables. Au fil du temps, comme cela se passe sur Terre avec la production de gaz thermogène, cette matière « finirait par se dégrader et laisserait échapper son méthane ». L'hypothèse biologique, avec une activité microbienne productrice de méthane, est envisageable mais probablement seulement en profondeur. Cependant, aussi attrayante soit-elle, « cette hypothèse n'explique pas par simple diffusiondiffusion jusqu'à la surface les amplitudes importantes relevées par Curiosity ».

Il est également possible que des poches de méthane se soient formées en profondeur il y a bien longtemps, d'origine quelconque, « volcanique, hydrothermale, biologique ou par transformation de matière organique », et soient devenues instables à la suite de la chute d'un bolidebolide ou d'une activité sismique. Le méthane ainsi libéré aurait pu être transporté en surface par des faillesfailles ou des fractures. Il est donc tout à fait possible, et probable, que ce méthane ne résulte pas de la dégradation de matière organique d'origine biologique ou d'une production d'origine microbienne.

Quant à l'hypothèse du volcanisme, « elle est peu probable » car les volcansvolcans martiens sont endormis depuis bien longtemps. On date à plusieurs millions d'années l'activité des derniers volcans. « Les cartes thermiques de la planète n'ont jamais révélé la présence de points chaudspoints chauds ni d'anomaliesanomalies thermiques. » D'autres hypothèses ont été aussi émises, comme celle de Pierre-Yves Meslin qui a vu dans l'adsorptionadsorption de ce gaz dans un sol froid, puis son relargagerelargage dans l'atmosphère quand il fait plus chaud, un mécanisme possible conduisant à des variations de la concentration atmosphérique. Mais ce processus ne pouvait pas expliquer des variations aussi importantes dans l'atmosphère.

À cela s'ajoute que la durée de vie du méthane, 300 ans dans l'atmosphère martienne, pose un problème. « Les modèle de la photochimie rendent assez bien compte de la distribution d'autres gaz mais pour le méthane, avec une telle durée de vie, on ne s'attend pas à observer des variations saisonnières ou spatiales importantes. » Les modèles, selon le chercheur, se trompent peut-être...Malgré les observations de Curiosity, le problème de la production et la disparition du méthane reste donc entier. Dans les modèles utilisés, « il manque un processus de destruction du méthane plus rapide que ce que l'on pensait ». Le rover de la Nasa va poursuivre ses mesures mais « on attend surtout beaucoup de l'orbiteur TGO de la mission ExoMarsExoMars 2016 qui emporte un instrument spécifiquement conçu pour traquer le méthane ». La sonde indienne, Mars Orbiter Mission, récemment arrivée autour de la planète, embarque aussi un détecteur de méthane qui devrait améliorer nos connaissances sur ce sujet.