Expérience de Miller

L'expérience de Miller est une expérience marquante pour l'exobiologie qui a été réalisée en 1953 par le tout jeune chimiste Stanley Miller, alors étudiant en thèse du prix Nobel de chimie Harold Urey. Il s'agissait de lever un peu le voile sur les mécanismes à l'origine de l'apparition de la vie sur la Terre primitive - probablement à la fin de l'Hadéen, il y a environ quatre milliards d'années - en montrant qu'il était possible de fabriquer des acides aminés, les briques des protéines, à partir d'une atmosphère de l'époque que l'on pensait alors similaire à celles de Jupiter et de Saturne.

Cette hypothèse, proposée dans les années 1920 par le biochimiste russe Alexandre Oparine et le biologiste anglais John Burton Haldane était plausible puisque le champ de gravité de la Terre n'aurait fait qu'attirer à lui le même mélange de gaz présent à l'époque dans le disque protoplanétaire qui a donné les atmosphères de ces géantes. Toutefois, l'atmosphère de notre planète aurait dû surtout contenir du méthane, de l'ammoniac et du gaz carbonique. L'hydrogène et l'hélium, largement majoritaires dans les géantes, ne pouvant rester longtemps piégés dans le faible champ de gravitation de la Terre, croyait-on.

Stanley Miller faisant une démonstration de sa célèbre expérience. Elle a depuis été répétée de nombreuses fois avec des variantes. Elle fait toujours l’objet de recherches, d’autant plus que l’on se prépare à analyser l’atmosphère d’un grand nombre d’exoplanètes. © universe-review 

L'expérience de Miller et la chimie prébiotique

Miller enferma donc ces gaz dans un ballon, les soumit à un rayonnement ultraviolet similaire à celui du jeune Soleil ainsi qu'à des décharges électriques, comme à l'occasion d'orages. Au bout de quelques jours, le chimiste constata la formation d'un dépôt sombre sur les parois du ballon empli d'eau et représentant l'océan terrestre. L'analyse montra qu'il contenait non seulement du formaldéhyde et de l'acide cyanhydrique (deux molécules qui jouent un rôle clé dans la synthèse de molécules organiques d'intérêt biologique), mais aussi de petites quantités d'acides aminés, notamment de la glycine. Une chimie prébiotique pouvait donc fort bien avoir été à l'origine de la vie sur Terre.

Un schéma de diverses expériences de Miller réalisées à ce jour. Plusieurs mélanges de gaz contenant des proportions variées de ceux indiqués ont été soumis à des arcs électriques et parfois aussi à des rayons ultraviolets. Les molécules prébiotiques résultantes pourraient avoir constitué une « soupe chaude primitive » dans les océans d’où la vie aurait émergé. © Yassine Mrabet 

Des variantes de l'expérience de Miller

La composition chimique de l'atmosphère primitive a depuis été remise en cause pour de multiples raisons (l'hydrogène aurait pu quitter la Terre moins rapidement qu'on ne le pensait) et de nombreuses variantes de l'expérience de Miller ont vu le jour au cours des décennies qui ont suivi, notamment avec une atmosphère bien plus riche en gaz carbonique. Stanley Miller lui-même a cosigné un article paru en 2008 (à lire ici) et décrivant une autre version de son expérience, ultime travail de sa vie puisque le chercheur s'est éteint en mai 2007.

De manière générale, tout a tourné autour d'une question fondamentale en chimie : l'atmosphère terrestre d'alors était-elle un milieu oxydant, réducteur ou neutre ? Cette caractéristique conditionne en effet la nature et les quantités de molécules prébiotiques synthétisées. Elle renseigne donc sur la crédibilité et l'importance de cette expérience pour éclairer sur l'origine de la vie.