Chroniques martiennes

Ca sent le gaz (*) : du méthane sur Mars

Samedi 27 mars 2004
L'instrument PFS embarqué sur la sonde Mars Express a détecté la raie d'absorption caractéristique du méthane (CH4) dans l'infrarouge à 3,3 microns  (crédit photo : Hubble Space Telescope / droits réservés)
Si elle est confirmée, c'est une découverte majeure, aux répercutions considérables : le spectromètre PFS de la sonde européenne Mars Express, qui s'est placée en orbite fin 2003, aurait détecté des traces de méthane (un gaz qui sur Terre est majoritairement d'origine biogénique) dans l'atmosphère martienne.

Le méthane est un gaz instable dans les atmosphères planétaires comme celle de la Terre ou de Mars. Sur Terre, il est totalement éliminé en une dizaine d'années par photochimie. Les deux principaux puits du méthane (c'est à dire les mécanismes responsables de sa disparition) sont l'oxydation chimique par les radicaux OH (qui sont de véritables détergents atmosphériques) et la photodissociation directe sous l'effet des rayonnements ultraviolets. Le premier mécanisme, très rapide (il agit en une ou deux années), explique la durée de vie très faible du méthane dans l'atmosphère terrestre (la destruction du méthane par les ultraviolets est un phénomène plus lent, qui prend environ 100 ans).

Malgré la grande fragilité de la molécule de méthane dans l'atmosphère terrestre, celle-ci en contient toujours une petite quantité, 700 parties par billion (en ne tenant pas compte des apports liés aux activités humaines, qui sont en fortes hausses depuis les 200 dernières années). Si l'on observe en permanence du méthane dans l'atmosphère terrestre, c'est qu'un mécanisme n'arrête pas de le régénérer. Sur notre planète, ce sont les êtres vivants eux-mêmes qui sont responsables de l'émission continuelle de méthane dans l'atmosphère (principalement les bactéries vivant dans la panse des ruminants et au fond des marais). Le méthane est donc un formidable marqueur de l'activité biologique, même s'il peut également être produit de façon abiogénique par plusieurs mécanismes.

On comprend donc que la détection de méthane dans l'atmosphère martienne nourrisse les rêves de nombreux exobiologiques depuis des décennies. Le petit atterrisseur britannique Beagle 2, qui a disparu lors de son atterrissage le 25 décembre 2003, devait renifler l'atmosphère de Mars pour y déceler du méthane. L'un des quatre finalistes du projet Scout, l'orbiteur Marvel, avait lui aussi pour objectif la recherche de méthane dans l'air martien. Contre tout attente, et face à la machine de guerre de la NASA, il semble que le bénéfice de cette découverte soit sur le point de revenir à la sonde Mars Express.

Le spectromètre infrarouge PFS embarqué sur l'orbiteur européen aurait en effet détecté la raie d'absorption du méthane, qui se situe dans l'infrarouge à une longueur d'onde de 3,3 microns. Sa concentration serait très faible (10,5 parties par billion), mais le gaz serait bel et bien présent dans l'atmosphère martienne. Le résultat du PFS semble confirmé par les travaux de plusieurs équipes d'astronomes, qui ont identifié avec succès la raie d'absorption caractéristique du méthane dans l'atmosphère martienne au moyen de puissants télescopes terrestres basés à Hawaii ou au Chili.

Comment expliquer la présence de méthane dans l'atmosphère de Mars, alors que ce gaz possède là-bas une durée de vie de 340 années, si aucun processus ne vient le remplacer ? L'explication la plus prudente serait de considérer que ce méthane est actuellement craché par la bouche d'un volcan, ce qui ne serait par surprenant, étant donné que Mars est d'abord et avant une planète volcanique. Si l'origine volcanique du méthane martien est moins enthousiasmante qu'une origine biologique, elle prouverait cependant qu'il existe encore localement sur la planète rouge des poches de chaleur. En admettant que l'activité géothermique soit localisée dans des régions riches en glace, nous aurions alors découvert des endroits ou l'eau liquide, qui est indispensable à la vie telle que nous la connaissons, pourrait exister en dépit du climat prévalant actuellement ...

Une manière de vérifier l'hypothèse volcanique serait de rechercher des gaz volcaniques (émissions soufrées par exemple) qui accompagnent normalement le méthane, ainsi que des sources de chaleur. Pour l'instant, les instruments TES et THEMIS, respectivement embarqués sur les sondes Mars Global Surveyor et Mars Odyssey, n'ont décelé aucune anomalie thermique pouvant témoigner d'une éruption ou d'une coulée de lave, et aucun édifice volcanique ne semble être en activité sur Mars. Etant sensible à la chaleur, le spectromètre PFS va lui aussi tenter, comme les deux instruments américains précédents, de localiser d'éventuels points chauds à la surface de la planète.

Le méthane pourrait également dériver de la réaction de Fischer-Tropsch. Sur Terre, cette réaction (ou de l'hydrogène réagit avec du monoxyde de carbone en présence d'un catalyseur, le plus souvent des oxydes de fer, pour donner du méthane) se déroule au niveau des dorsales océaniques, et aurait été il y a des milliards d'années une voie privilégiée pour la synthèse des molécules organiques indispensables à l'apparition de la vie). Il existe peut-être donc sur Mars un endroit ou de l'eau chargée en monoxyde de carbone ruisselle sur des roches riches en oxydes de fer (hématite par exemple), ce qui aboutirait à l'émission de méthane.

Enfin, le méthane pourrait aussi avoir une origine exogène. Dans ce cas, il proviendrait d'une comète qui se serait écrasée très récemment (moins de quelques centaines d'années) sur Mars et qui, en se volatilisant, aurait injecté des tonnes de méthane dans l'atmosphère (cependant, aucun cratère d'impact récent n'a jamais été découvert). Il est également possible d'imaginer une pluie de micrométéorites riches en matériaux volatils qui s'abattrait continuellement sur Mars en rechargeant l'atmosphère en méthane. La matière organique déposée au sol par des météorites carbonées pourrait aussi être dissociée par les ultraviolets en donnant du méthane (le sol de Mars est effectivement totalement dépourvu de matière organique, et les sondes Viking ont été incapables de retrouver la fraction normalement apportée par les météorites).

De toutes les hypothèses envisageables, l'hypothèse biogénique est cependant la plus fascinante, et pourrait bien bouleverser à jamais notre vision de l'Univers : sur Mars, le méthane pourrait être rejeté par des petites populations de bactéries méthanogènes frigorifiées mais vivantes, pelotonnées dans des fractures de la croûte. L'un des arguments en faveur d'une origine biogénique serait de localiser les sources de méthane et de les corréler avec des indices d'habitabilité (présence de glace potentiellement liquéfiable, températures "clémentes"). Or c'est précisément ce qui a été observé par les télescopes au sol ...

La plus grande concentration en méthane aurait effectivement été mesurée au niveau de la ceinture équatoriale martienne, précisément à l'aplomb des régions ou la sonde Mars Odyssey a découvert de grandes quantités de glace dans le premier mètre du sol. Il est donc possible d'imaginer qu'en été, les températures soient suffisantes à l'équateur pour provoquer l'apparition sporadique d'eau liquide, qui permettrait alors le développement d'organismes méthanogènes. Ces derniers obtiendraient de l'énergie en combinant de l'hydrogène avec le dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère martienne, la réaction donnant naissance à un déchet gazeux, le méthane. Le spectromètre PFS va tenter de confirmer ce résultat spectaculaire en étudiant les différences de concentration en fonction de la longitude et de la latitude, ce qui permettra éventuellement de tracer la ou les sources de méthane.

La recherche d'un éventuel enrichissement du méthane en carbone 12 serait également un indice fort en faveur d'une origine biogénique. Sur Terre, les êtres vivants ont tendance à choisir préférentiellement le carbone 12 par rapport à l'autre isotope stable disponible (le carbone 13, légèrement plus lourd) pour fabriquer la matière organique. Cette dernière se trouve donc enrichie en carbone 12 si on la compare à des molécules contenant du carbone et issues de processus chimiques. Le petit atterrisseur britannique Beagle 2, qui a loupé son atterrissage à la fin de l'année 2003, aurait pu soupeser le méthane martien et évaluer sa provenance ...

Pour terminer, il est également possible d'envisager que le méthane provienne d'un réservoir formé dans un passé lointain, et qui dégazerait de temps à autre. Ce réservoir pourrait par exemple prendre la forme de poches de gaz. En piégeant dans son réseau cristallin un grand nombre de molécules de méthane, la glace d'eau peut également former des clathrates, qui pourraient abonder dans les calottes polaires martiennes. Dans les deux cas, le méthane actuellement détecté dans l'atmosphère martienne ne serait donc pas émis par des microorganismes vivants, mais proviendrait de la fuite d'un gisement de méthane mis en place dans le passé, et dont l'origine pourrait aussi bien être géologique que biologique.

Si elle se confirme, la découverte de Mars Express est sensationnelle, plus encore que celle du rover Opportunity, qui a observé des preuves attestant de l'existence d'une ancienne mer salée au niveau de la région équatoriale de Terra Meridiani. Avec l'accélération des missions robotiques et la mise au point d'instruments toujours plus performants, Mars dévoile peu à peu ses secrets. La cartographie prochaine du cratère Endurance par Opportunity, le déploiement du radar de Mars Express début avril, ainsi que les données collectées par les autres instruments de cette sonde pourraient bien constituer un tournant décisif dans l'exploration martienne.

Même si la planète rouge a sans doute encore plus d'un tour dans son sac, il est donc tout à fait possible qu'elle consente enfin à nous livrer dans les années à venir la réponse à la question qui taraude l'humanité depuis la nuit des temps. Celle de savoir si la vie est une étincelle unique, ou si au contraire elle a des chances de flamboyer dans tout l'Univers ...

(*) Ce titre est un non sens, le méthane étant inodore ! L'idée de pestilence qu'évoque ce gaz n'est pas due au méthane lui-même, mais aux autres substances qui l'accompagnent souvent, comme des composés soufrés ...

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