Vue d'artiste de la sonde européenne Trace Gas Orbiter, qui est arrivée en 2016 autour de la Planète rouge. © ESA
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Mars : l'énigme du méthane dans son atmosphère est plus compliquée que prévu

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Alors que trois missions sont en route à destination de Mars, dont le rover Perseverance de la Nasa qui doit notamment chercher des traces de vie éteintes, le satellite TGO de l'ESA chargé de trouver du méthane sur Mars n'en a toujours pas détecté ! À la place, TGO vient de recenser la présence d'autres gaz aux longueurs d'onde où le méthane peut être détecté. Les explications de Franck Montmessin, directeur de recherche CNRS au Latmos, coresponsable scientifique d'un des instruments et coauteur de l'étude.

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[EN VIDÉO] La mission ExoMars entame sa quête de vie martienne  Y-a-t-il de la vie sur Mars ? La mission ExoMars devrait bientôt répondre à cette question. Partie il y a peu pour la Planète rouge, la sonde de l’Agence spatiale européenne (Esa) arrivera en octobre 2016 à destination. La chaîne Euronews nous parle de son voyage et de ses objectifs dans ce nouvel épisode de Space. 

Il y a quelques jours, l'Agence spatiale européenne a annoncé que la mission Trace Gas Orbiter (TGO) n'avait toujours pas découvert de méthane alors que la sonde Mars Express de l'ESA et le rover Curiosity de la Nasa en ont détecté. Dans la gamme de spectre où le méthane est censé se manifester, TGO trouve à la place la présence de gaz martiens déjà connus mais dont la signature n'était pas attendue. Ces résultats sont rapportés dans deux nouvelles études publiées dans Astronomy & Astrophysics, l'une dirigée par Kevin Olsen de l'université d'Oxford, au Royaume-Uni, et l'autre dirigée par Alexander Trokhimovskiy de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie, à Moscou.

Si les scientifiques se focalisent autant sur le méthane, c'est que, sur Terre, son origine est à 90 % liée à la vie. Le méthane (CH4) est en effet un sous-produit du métabolisme des organismes vivants. Sur Mars, sa présence pourrait s'expliquer par l'existence d'une forme de vie ou, plus sûrement, par un phénomène lié à une activité volcanique ou hydrothermale. À cela s'ajoute que depuis 2003, les résultats sont assez difficiles à comprendre et sujets à polémique. Et aucun d'entre eux n'a permis de déterminer les causes exactes de ces émissions, ni si elles sont produites par des mécanismes purement physico-chimiques ou synthétisées par des formes de vie.

Pourtant, on attendait de la mission TGO qu'elle règle définitivement cette question du méthane. Ce satellite de l'Agence spatiale européenne, construit par Thales Alenia Space a justement été conçu pour cela avec la capacité à analyser, avec une précision inégalée, des spectres infrarouges de l'atmosphère martienne. Ses instruments permettent d'identifier et de caractériser des molécules qui constituent moins de 1 % de l'atmosphère de Mars. Dit autrement, TGO est suffisamment précis pour détecter de 10 à 100 fois moins de méthane que toutes les détections précédemment rapportées par Curiosity et Mars Express.

Signatures spectrales de l'ozone et du dioxyde de carbone alors que les scientifiques cherchent à détecter du méthane. © K. Olsen et al. (2020)

Comme nous l'explique Franck Montmessin, directeur de recherche CNRS au Latmos, coresponsable scientifique d'ACS (Atmospheric Chemistry Suite, l'instrument de TGO à l'origine de ces deux articles), et coauteur de l'étude, les « derniers résultats dévoilés par l'ESA sont très surprenants ». À l'endroit où le TGO cherchait du méthane, les scientifiques ont détecté deux « signatures chimiques inattendues dans l'atmosphère martienne dans les longueurs d'onde où nous nous attendions à voir seulement le méthane, où sa signature est de loin la plus forte ».

Ces signatures « proviennent de l'ozone et du dioxyde de carbone (CO2) ». Cette détection explique la difficulté de la tâche à détecter des traces de méthane. Pour Frank Montmessin, la « présence d'ozone et de CO2 aurait tendance à polluer les mesures faites jusqu'à présent par les différents instruments qui ont détecté du méthane dans l'atmosphère de Mars mais qui n'ont pas tenu compte de l'effet potentiel de ces autres gaz. » Il faut tout de même souligner que la découverte de ces deux gaz dans l'infrarouge est une « jolie performance technique et montre qu'ACS fonctionne très bien ». D'un point de vue scientifique, la découverte de ces deux gaz montre qu'il est possible de cartographier l'ozone martien également dans l'infrarouge, de sorte que « son comportement peut être sondé à des altitudes plus basses, ce qui nous permet d'avoir une vue plus détaillée et complète du rôle de l'ozone dans la chimie atmosphérique de la planète ». Quant au CO2, cette découverte permet de combler une absence totale de connaissance de sa signature dans cette région du spectre. Compte tenu de l'importance du CO2 sur Mars, Vénus mais aussi la Terre, « disposer d'un inventaire complet de son effet sur le spectre infrarouge est le préalable à toute exploration de son effet sur le bilan énergétique de ces planètes ».

Des mesures encore plus précises sont possibles

Alors, la question de l'existence du méthane se pose-t-elle ? Pour Franck Montmessin, il est « trop tôt pour se prononcer définitivement et nous n'avons pas encore épuisé tout l'arsenal de nos possibilités ». Pour comprendre la difficulté de la tâche, il faut savoir que Curiosity se situe au fond d'un cratère, « difficilement accessible aux instruments du TGO ». La présence de poussière et de nuages est une gêne pour TGO qui a le plus grand mal à « voir ce qui se passe en dessous de 20 kilomètres d'altitude dans cette région située près de l'équateur ». N'oubliez pas que TGO « observe le soleil à travers l'atmosphère pour faire ses mesures, et que celle-ci est parfois trop opaque à cause de la poussière ». Pour s'affranchir de ces contraintes, l'équipe d'ACS songe à améliorer la sensibilité et descendre plus bas afin de « nous rapprocher le plus possible du site d'atterrissage de Curiosity » avec l'espoir de « sonder l'atmosphère au moment où Curiosity détecterait du méthane ».

Enfin, on ne peut pas exclure que la présence d'ozone et de CO2, « dont les signatures se mélangent à celle du méthane », aurait pu interférer les mesures prises par Curiosity et Mars Express, ce qui « nécessiterait une remise à plat de l'analyse qui a été faite de ces mesures et leur interprétation » ! 

En conclusion, plus le temps avance, « plus il joue en faveur du TGO ». Avec des mesures et des spectres de plus en plus précis produits par TGO, il deviendra plus facile « de se confronter directement aux mesures de Curiosity ».

  • Le satellite TGO ne détecte toujours pas de méthane.
  • De nouvelles signatures chimiques ont été découvertes à l'endroit où Curiosity a détecté du méthane.
  • TGO est suffisamment précis pour détecter de 10 à 100 fois moins de méthane que toutes les détections précédemment rapportées par Curiosity et Mars Express.
  • Une remise à plat de l’analyse qui a été faite de ces mesures et leur interprétation s'impose-t-elle ?
Pour en savoir plus

Le mystère du méthane sur Mars a-t-il été résolu ?

Article de Nathalie Mayer publié le 17/08/20

Il y a quelques années, du méthane a été détecté sur Mars pour la première fois. Provient-il d'une source biologique ou géologique ? Les chercheurs n'ont toujours pas la réponse. Mais il semblerait qu'il ne soit pas dû à l'érosion des basaltes par les vents.

Depuis quelque temps, des traces de méthane sont régulièrement détectées sur Mars. Des panaches notamment qui semblent aller et venir et dont les chercheurs peinent à expliquer l'origine. Parmi les sources imaginées : la libération, par l'érosion due aux vents, de méthane prisonnier d'inclusions fluides dans les basaltes. Une belle explication qui, selon des travaux menés par des chercheurs de l'université de Newcastle (Royaume-Uni), est finalement à jeter aux oubliettes.

« Les images haute résolution dont nous disposons montrent que sur Mars, les vents peuvent provoquer des taux de déplacement du sable, et de fait, des taux potentiels d'érosion, plus élevés que nous le pensions, explique Jon Telling, géochimiste à l'université de Newcastle. Nous avons pu estimer ces taux d’érosion et notre conclusion est qu'il est très peu probable que ce phénomène soit la source du méthane détecté sur la planète rouge ».

Sur Mars, le taux d’érosion serait comparable, dans certains cas, à celui des champs de dunes froides et arides sur Terre. © Peter Jurik, Fotolia

Une autre source à trouver

Les chercheurs britanniques se sont en effet demandé quelles teneurs en méthane devraient contenir les roches érodées pour que les niveaux libérés s'accordent aux dernières mesures réalisées par les missions martiennes. Selon eux, la teneur en méthane devrait être de l'ordre de celles des schistes les plus riches en hydrocarbures que l'on trouve sur Terre. Un scénario qu'ils qualifient de « hautement improbable ».

Ainsi la source du méthane martien reste encore mystérieuse. « L'important, selon Jon Telling, c'est que nos travaux renforcent l'argument selon lequel ce méthane doit provenir d'une autre source que l'érosion. Mais biologique ou non, nous ne savons toujours pas ».


Vie sur Mars : le méthane pourrait provenir des météorites

La découverte de méthane dans l'atmosphère de Mars il y a 9 ans pouvait laisser espérer qu'elle y trahissait l'existence de la vie. Mais d'autres explications étaient avancées. On sait maintenant que ce méthane pourrait tout simplement provenir de l'exposition aux ultraviolets des météorites tombant continuellement à la surface de Mars.

Article de Laurent Sacco paru le 10/06/2012

Cette vue d'artiste montre ce à quoi devait ressembler Mars voici quatre milliards d'années. La toute jeune planète devait renfermer suffisamment d'eau liquide pour que l'intégralité de sa surface en soit couverte, sur une hauteur d’environ 140 mètres. Il semble plus probable toutefois que l'eau liquide se soit constituée en un océan occupant près de la moitié de l'hémisphère nord de la planète. En certaines régions, la profondeur de cet océan pouvait dépasser 1,6 kilomètre. © ESO/M. Kornmesser

D'après les conditions physicochimiques régnant dans l'atmosphère martienne, on savait que des molécules de méthane ne pouvaient pas y subsister longtemps, 300 ans tout au plus. Ce fut donc une surprise lorsque des planétologues annoncèrent en 2003 avoir trouvé des indications de sa présence dans l'atmosphère de Mars. L'excitation avait grandi en 2004 suite à une publication de Thérèse Encrenaz et ses collègues dans Science. Ils y annonçaient que du méthane avait bien été repéré à l'aide des instruments de la sonde européenne Mars Express dans l'atmosphère de la Planète rouge. C'est finalement en 2009 qu'un autre article de Science mit fin aux quelques doutes que certains pouvaient encore avoir sur à la présence de ce gaz à effet de serre. Remarquablement, il montrait qu'il existait une émission saisonnière de CH4, sous forme de trois panaches principaux bien localisés sur la Planète rouge pendant l'été martien.

Pour expliquer la présence de ce méthane malgré les conditions peu propices à sa conservation dans l'atmosphère martienne, on pouvait faire intervenir des formes de vie bactériennes dont l'activité était maximale pendant la saison estivale et dans les zones géographiques les plus chaudes. Mais la prudence s'imposait car, comme l'expliquait par exemple le planétologue Pierre Thomas, il pouvait aussi s'agir simplement de suintements de méthane  issus de clathrates, bien connus sur Terre.

À gauche, il s'agit d'une carte des teneurs en méthane superposée à une carte topographique. À droite, on peut voir une carte géologique (Greeley et Guest, 1987) avec la localisation des trois panaches et le report des caractéristiques chimiques déterminées par Mars Odyssey et MRO vis-à-vis des composés volatils. Npld et Nple indiquent un âge noachien pour les terrains (> 3,6 Ga, milliards d'années). Le volcan Syrtis major est d'âge hespérien (Hs, âge compris entre 3,1 et 3,6 Ga). © Pierre Thomas-Mumma et al., 2009, Science

Ces clathrates pouvaient bien sûr témoigner d'une vie passée sur Mars mais on ne pouvait l'affirmer, pas plus que l'on ne pouvait dire que les 200 à 300 t d'émissions de méthane par an détectées témoignaient vraiment de la présence résiduelle de formes de vie.

Les révélations de la météorite de Murchison

Un groupe de chercheurs vient pourtant de publier dans Nature un article qui pourrait bien mettre un premier clou sur le cercueil de la thèse d'une origine biologique du méthane martien. Il tombe continuellement sur Mars des météorites de toutes les tailles et en particulier des micrométéorites. Or celles-ci peuvent contenir des matériaux organiques dans des proportions similaires à la célèbre météorite de Murchison. L'atmosphère de Mars étant ténue, les ultraviolets solaires n'ont aucun mal à atteindre le sol. Se peut-il que sous leur action, les matériaux météoritiques à la surface de Mars libérent des quantités importantes de méthane ?

Les cosmochimistes ont voulu en avoir le cœur net en étudiant des échantillons de chondrite carbonée provenant justement de la météorite de Murchison et en les soumettant à un flux de rayonnement ultraviolet censé reproduire celui atteignant le sol martien. Dans les conditions régnant sur la surface de Mars, ils ont constaté qu'une partie de la matière organique contenue dans la météorite se transformait bel et bien en quantités importantes de méthane. Surtout, les quantités produites augmentaient avec la température, en accord avec celle observée dans les régions martiennes productrices de méthane. Les mesures effectuées par spectrométrie infrarouge avaient en effet montré que c'est vers l'équateur que ces émissions sont maximales.

Un échantillon de la météorite de Murchison. © Wikipédia-Basilicofresco

Les chercheurs sont tout de même prudents. Même si le processus qu'ils ont découvert doit très probablement avoir lieu sur Mars, il n'est pas certain qu'il rende compte de toute la quantité de méthane mesurée. Une petite fraction pourrait bien être d'origine biologique. La mission ExoMars nous en dira peut-être plus sur cette énigme.

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