Dans la recherche de biosignatures, les scientifiques prennent comme repère notre Planète. Ils explorent en majorité des gaz qui y sont détectés en grande quantité, comme l'oxygène et le méthane. Et s'ils n'étaient pas les seuls à favoriser la vie extraterrestre ? Des chercheurs se sont penchés en particulier sur le protoxyde d'azote, aussi appelé gaz hilarant.

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[EN VIDÉO] Interview : les exoplanètes sont-elles habitées ? Il pourrait y avoir au moins 100 milliards de planètes simplement dans notre galaxie. Difficile d’imaginer qu’aucune ne puisse abriter la vie. Le Cnes a interviewé Michel Viso, responsable des programmes d’exobiologie, afin qu’il nous parle des conditions d'apparition de la vie dans l'univers.

Alors que déjà 5.000 exoplanètesexoplanètes ont été trouvées, la recherche de vie s'intensifie grâce notamment au télescope spatial James-Webb. Capable de sonder l'atmosphèreatmosphère des planètes, il y recherche des biosignatures : des traces de certains gazgaz décelables seulement dans le cas d'une présence de vie extraterrestre. Actuellement, ce sont surtout des traces d'oxygèneoxygène et de méthane qui sont cherchées, car le diazote Nest particulièrement difficile à détecter, mais une nouvelle étude publiée dans The Astrophysical Journal vient d'ajouter un nouvel élément : l'oxyde nitreux. 

Selon les chercheurs, la « coexistence de N2 et O2 dans une atmosphère est une biosignature possible » car, d'une part, ces deux moléculesmolécules monoatomiques possèdent un déséquilibre chimique, et d'autre part, car seuls des processus biologiques pourraient produire de grandes quantités de ces gaz. Mais, pour eux, il vaut mieux se concentrer sur un dérivé de l'azote, le N2O ! Aussi appelé protoxyde d'azoteprotoxyde d'azote, ce gaz possède des propriétés anesthésiquesanesthésiques et antalgiquesantalgiques, et porteporte aussi le surnom de « gaz hilarant » pour son côté euphorisant lorsqu'il est inhalé. Mais surtout, il est produit en grande quantité sur Terre, et pourrait bien l'être aussi sur d'autres planètes.

Le cycle de l'azote pourrait être différent sur une exoplanète

Créé à l'origine par de nombreux micro-organismesmicro-organismes présents à la fois sur le sol et dans les océans, l'azote de notre atmosphère provient aujourd'hui aussi de la combustion de matièresmatières organiques, de combustiblescombustibles fossiles ou même d'autres industries. Bien que le cycle de l'azotecycle de l'azote en résulte perturbé, il se résume toujours de la même manière : de l'azote provenant des océans et de l'atmosphère se fixe dans des bactériesbactéries, se transforme lors de la mort de celles-ci, et est ensuite soit assimilé par la biomassebiomasse végétale puis de retour dans la terre, soit dénitrifié par des bactéries puis de retour dans l'atmosphère.

L'azote atmosphérique est dégradé par des bactéries. Les plantes consomment ainsi des dérivés azotés qui favorisent le départ de la végétation, accélèrent la croissance et font verdir leur feuillage. © Johann Dréo, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0
L'azote atmosphérique est dégradé par des bactéries. Les plantes consomment ainsi des dérivés azotés qui favorisent le départ de la végétation, accélèrent la croissance et font verdir leur feuillage. © Johann Dréo, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Le protoxyde d'azote quant à lui est actuellement majoritairement généré par des activités humaines, l'agricultureagriculture en premier. Cependant, sans intervention humaine, il serait produit en majorité par les bactéries dénitrifiantes, dont il résulte soit du N2, soit du N2O. « L'une de ces voies de recyclagerecyclage implique la création de N2O, qui peut soit être encore réduit biologiquement en N2, soit s'échapper directement à travers l'interface air-mer dans l'atmosphère », expliquent les chercheurs. 

Or, selon eux, il serait possible que la dernière étape de dénitrification, qui change le N2O en N2, ne se fasse pas sur d'autres planètes ! « Les flux biologiques de N2O pourraient être sensiblement plus élevés, en raison d'un manque de catalyseurscatalyseurs métalliques ou si la dernière étape du métabolismemétabolisme de dénitrification qui produit du N2 à partir de N2O n'avait jamais évolué », détaillent-ils. En effet, si l'on remonte loin dans l'histoire de la Terre, durant l'ère protérozoïqueprotérozoïque, la quantité de N2O était bien supérieure aux niveaux d'aujourd'hui.

En cause, le manque de catalyseurs au cuivrecuivre dans les océans, empêchant la dernière étape du cycle de dénitrification ! On peut ainsi imaginer un procédé similaire dans d'autres mondes habités, qui questionne les recherches effectuées jusqu'à aujourd'hui. « Cette conclusion ne tient pas compte des périodes de l'histoire de la Terre où les conditions océaniques auraient permis une libération biologique beaucoup plus importante de N2O. Les conditions de ces périodes pourraient refléter l'endroit où se trouve une exoplanète aujourd'hui », a déclaré E.Schwieterman.

De plus, de nouveaux mécanismes pourraient intervenir dans les océans pour générer du protoxyde d'azote. « La vie génère des déchetsdéchets azotés qui sont convertis par certains micro-organismes en nitrates. Dans un aquarium, ces nitrates s'accumulent, c'est pourquoi vous devez changer l'eau, précise Eddie Schwieterman, premier auteur de l'étude et astrobiologiste à l'UC Riverside. Cependant, dans de bonnes conditions dans l'océan, certaines bactéries peuvent convertir ces nitrates en N2O. Le gaz s'échappe alors dans l'atmosphère ».

 

Le N2O favorisé dans le cas des étoiles de faible luminosité

Pour s'en assurer, l'équipe de chercheurs a effectué de nombreuses simulations pour de nombreuses planètes différentes. Ils ont ensuite examiné « l'accumulation de N2O dans une gamme de conditions d'oxygène (niveau atmosphérique actuel de 1 % à 100 %) et de flux de N2O (0,01 à 100 Tmol par an ; Tmol = 1012 molesmoles) qui sont compatibles avec l'histoire de la Terre », détaille l'étude.

Le tout autour de différents types d'étoiles de la séquence principaleétoiles de la séquence principale, des types F aux types M, avec une préférence pour les étoilesétoiles de plus faible luminositéluminosité, car « de faibles flux UVUV stellaires favorisent l'accumulation de N2O », expliquent les scientifiques. Ils ont constaté des différences de concentrations en N2O d'un à deux ordres de grandeurordres de grandeur par rapport à celle sur Terre ! Pas « d'emballement de N2O », mais une quantité suffisante pour qu'il soit détecté dans les infrarouges moyens !

Vue d'artiste du système Trappist-1 comparé au Système solaire. La surface de chaque planète Trappist-1 est basée sur des scénarios physiques possibles. La zone verte correspond à la « zone habitable » d'eau liquide. © Nasa/JPL-Caltech
Vue d'artiste du système Trappist-1 comparé au Système solaire. La surface de chaque planète Trappist-1 est basée sur des scénarios physiques possibles. La zone verte correspond à la « zone habitable » d'eau liquide. © Nasa/JPL-Caltech

Selon l'étude, les étoiles naines orange, de type K, ou rouge, de type M, favoriseraient l'apparition d'une grande concentration en N2O, et un maintien de ce niveau. Comme le système Trappist-1 avec, comme étoile hôte une naine rougenaine rouge ultra-froide, et qui s'apprête à être sondé par le télescope spatial James-Webbtélescope spatial James-Webb« Dans un système stellaire comme Trappist-1, le système le plus proche et le meilleur pour observer les atmosphères des planètes rocheusesplanètes rocheuses, vous pourriez potentiellement détecter l'oxyde nitreux à des niveaux comparables au CO2 ou au méthane », a déclaré E.Schwieterman. L'étude avertit cependant sur les faux positifs : des signatures qui semblent être biologiques mais proviennent de processus abiotiquesabiotiques. Ces signaux, concluent les chercheurs, « peuvent être identifiés par le contexte astrophysiqueastrophysique et planétaire pertinent ».