Par Elise Clavé, team Mars2020
3,7 milliards d’années. C’est l’âge estimé de la vie sur Terre. Les traces de cette époque sont cependant rares à la surface de la Terre, à cause de l’érosion liée au cycle de l’eau d’une part, et de la tectonique des plaques d’autre part, qui effacent progressivement de la croûte terrestre les traces des époques passées. Pour cette raison, l’apparition de la vie sur Terre reste un mystère : quand ? comment ?
On a identifié trois ingrédients clés, considérés comme nécessaires au développement de la vie : la présence d’eau liquide, de certains éléments chimiques (les CHNOPS) permettant de construire des molécules complexes et une source d’énergie. Pour mieux comprendre ce qui permet l’apparition de la vie, la planète Mars constitue une source d’informations clé, pour deux raisons principales. D’abord, en l’absence d’activité tectonique ou d’un cycle de l’eau actif depuis plusieurs milliards d’années, la surface de Mars est globalement préservée par rapport à la croûte terrestre, et Mars présente une grande quantité de terrains datant de 3,5 à 4 milliards d’années. La surface de Mars constitue donc une fenêtre sur le passé, et en particulier sur l’époque même qui a vu l’apparition de la vie sur Terre. Par ailleurs, des décennies de missions d’exploration robotique de Mars (depuis les années 70 !) ont montré qu’il y a 3,7 milliards d’années, on trouvait à la surface de Mars à la fois de l’eau liquide, les éléments CHNOPS assemblés en molécules complexes, et des sources d’énergies, notamment volcaniques ; soit les trois ingrédients nécessaires à la vie. Dans ces conditions, la vie a-t-elle pu apparaître sur Mars ? Si oui, des traces ont pu en être préservées, bien plus efficacement que sur Terre… il ne nous reste qu’à les chercher !
C’est le rôle du rover Perseverance, le dernier robot martien de la NASA, qui explore le cratère Jezero sur Mars depuis février 2021. Le cratère Jezero, d’une quarantaine de km de diamètre, a été formé par un impact de météorite il y a environ 4 milliards d’années. Au cours des centaines de millions d’années qui ont suivi, ce cratère a été – au moins ponctuellement / par moments – rempli d’eau, comme en témoignent les traces d’écoulements en direction du cratère, et en sortant : des canaux fluviaux alimentant un lac. En plus de ces preuves géomorphologiques, on trouve également des traces dites minéralogiques : l’interaction des roches avec de l’eau liquide entraine une modification de la structure des roches – des minéraux – qui témoignent des conditions dans lesquelles s’effectue cette altération aqueuse : température, quantité d’eau, durée de l’interaction, conditions d’acidité, atmosphère, etc. La présence de certains minéraux d’altération permet donc d’identifier des environnements passés dits habitables, c’est-à-dire présentant les trois ingrédients clés nécessaires au développement de la vie telle qu’on la connait – on en en a parlé : eau liquide, molécules complexes et source d’énergie. Un élément supplémentaire à considérer pour rechercher de possibles traces de vie à la surface de Mars est le « potentiel de préservation astrobiologique ». En effet, la surface de Mars n’est plus habitable depuis longtemps, et on cherche donc de possibles traces de vie – microbienne ? monocellulaire ? en tous cas, des organismes peu évolués – une vie passée, fossilisée, datant de 3,5 milliards d’années au moins ; on parle de biosignatures. Certaines roches sont plus efficaces que d’autres pour préserver de telles traces de vie, ce qui en fait des cibles de choix pour cette étude.
L’équipe scientifique de la mission Mars2020 s’appuie donc sur les différents instruments scientifiques embarqués à bord du rover Perseverance pour étudier les roches présentes dans le cratère Jezero, et les minéraux qui les constituent. En particulier, l’équipe a identifié différentes unités géologiques formées dans des environnements habitables, et présentant de bons potentiels de préservation astrobiologique, notamment des roches formées sur les bords du lac par évaporation. Face à de telles roches, le rover permet de collecter un échantillon de roche, qui est ensuite scellé dans un tube étanche. Les échantillons collectés au cours de la mission seront rapportés sur Terre au début des années 2030, pour être caractérisés au laboratoire, et y chercher d’éventuelles traces de vie. En effet, les capacités d’analyse disponibles en laboratoire sont infiniment supérieures à ce qui peut être effectué in situ sur Mars, pour plusieurs raisons. D’abord à cause des contraintes inhérentes aux missions spatiales : le volume, la masse, mais aussi l’énergie consommée par les instruments embarqués, et le volume de données générées sont strictement limités. Par ailleurs, pour garantir que les instruments fonctionneront comme prévu après le lancement, le voyage dans l’espace et l’atterrissage, on n’embarque que des technologies qui ont fait leurs preuves et en lesquelles on a pleinement confiance – c’est-à-dire jamais la dernière technique high-tech… Enfin, chaque minute passée sur Mars est précieuse, et le temps d’analyse que l’on peut dédier à chaque roche, affleurement, unité géologique, etc. est limité. Par comparaison, au laboratoire, on peut utiliser des instruments très pointus, avec peu de contraintes de ressources ; on peut également multiplier les techniques d’analyses appliquées à chaque échantillon, y compris les derniers développements technologiques ; on peut prendre le temps de les analyser en détails. Quand il s’agit de chercher de possibles traces d’une vie extraterrestre dans des roches martiennes – par définition, on n’est pas bien sûrs de ce qu’on cherche tant qu’on ne l’a pas trouvé – toute ces ressources et une telle panoplie de techniques sont absolument nécessaires. L’ambitieux programme Mars Sample Return (MSR), mené en collaboration par les agences spatiales américaine et européenne, et dont la mission Mars2020 constitue la première étape, vise donc à rendre disponible une trentaine d’échantillons de roches et de sol martiens pour mener de telles analyses au laboratoire. L’arrivée de ces échantillons sur Terre est pour l’instant prévue pour 2033 – stay tuned !!
En attendant, le rover Perseverance s’active dans le cratère Jezero ; il explore différentes unités géologiques, qui témoignent d’activité magmatique d’une part, et aqueuse d’autre part. En caractérisant la façon et le moment où ces différentes unités se sont formées, et l’altération qu’elles ont subie par la suite, on retrace l’histoire de cette région de la surface martienne. Au cours des deux premières années de mission, deux types de roches ont été analysées : des roches magmatiques dans le fond du cratère, et des roches sédimentaires dans le delta. Les grandes quantités d’eau qui se sont écoulées dans le cratère Jezero (on a parlé des vallées fluviales plus haut) ont érodé les terrains qu’elles ont parcourus en amont de Jezero, et charriaient donc des sédiments, dont un grand volume s’est déposé à l’entrée du cratère Jezero ; en s’accumulant, ces sédiments ont fini par former un delta. Delta que Perseverance explore depuis environ un an. Certaines strates de ces roches sédimentaires présentent un très bon potentiel astrobiologique et ont donc été échantillonnées pour MSR. Avant d’atteindre le delta, Perseverance a parcouru une dizaine de kilomètres dans le fond du cratère, qui s’est révélé être d’origine magmatique, et non sédimentaire, c’est-à-dire que les roches se sont formées sur place par refroidissement de magma ou de lave. De plus, bien que ces roches présentent différentes traces d’altération aqueuse, elles présentent également une grande proportion de minéraux primaires peu altérés, indiquant que – bien qu’elles se trouvent au fond d’un ancien lac – ces roches n’ont pas été en contact avec de grandes quantités d’eau liquide : soit elles étaient enfouies sous d’autres roches quand le cratère contenait un lac, soit elles se sont formées après le (ou les) épisode(s) lacustre(s).
On trouve donc, dans le cratère Jezero, la trace de différents épisodes magmatiques et d’altération aqueuse. On peut, à partir d’observations sur le terrain, dater ces épisodes les uns par rapport aux autres. De plus, en analysant au laboratoire les échantillons rapportés sur Terre par le programme MSR, on pourra également obtenir l’âge absolu de certains de ces épisodes. Ces données fourniront donc des contraintes inédites pour dater les périodes d’activité volcanique, ainsi que celles où Mars présentait des environnements habitables ; on pourra également contraindre la date de l’extinction du champ magnétique martien. Ces informations sont clés pour nous aider à comprendre la formation et l’évolution des planètes telluriques (i.e., faites de roche et de métal, comme la Terre et Mars) dans un système planétaire. Et, qui sait, peut-être que ces échantillons nous permettront de répondre à une des questions obsédant l’humanité depuis des millénaires : sommes-nous seuls dans l’univers ?
Elise Clavé :
Elise Clavé est directement impliquée dans les travaux associée à l’instrument Supercam du rover Perseverance. Rattachée au laboratoire CNRS CELIA (CEntre Lasers Intenses et Applications), elle a obtenu en avril 2023 une thèse de Doctorat à Bordeaux intitulée « Analyses spectroscopiques multi-techniques avec SuperCam, Mars 2020 : application à l’étude des carbonates ». Depuis juin 2023, elle poursuit un travail postdoctoral en Allemagne à l’Institute for Optical Sensor Systems (OS) de la DLR.
