Sciences

Mars: et si c'était la vie qui avait rendu la planète inhabitable?

Temps de lecture : 7 min

C'est la thèse défendue par une équipe de recherche française, dont les résultats ont été publiés dans la revue Nature Astronomy.

Ce qui est arrivé sur Terre aurait-il pu également se produire sur la planète rouge? | Planet Volumes via Unsplash
Ce qui est arrivé sur Terre aurait-il pu également se produire sur la planète rouge? | Planet Volumes via Unsplash

Il y a quatre milliards d'années, le système solaire était encore jeune. Le processus de formation des planètes qui le constituent touchait à sa fin, et le bombardement d'astéroïdes auquel celles-ci étaient soumises s'atténuait.

Notre planète est alors devenue habitable puis, quelque temps plus tard (quelques dizaines ou centaines de millions d'années), habitée. La biosphère primitive de la Terre était alors bien différente de ce qu'elle est aujourd'hui. La vie n'avait pas encore inventé la photosynthèse, sa source principale d'énergie aujourd'hui.

Ces microbes primordiaux –les ancêtres communs à toute forme actuelle de vie sur Terre– devaient donc survivre dans les océans en utilisant une autre source d'énergie: la consommation d'espèces chimiques libérées par l'intérieur de la planète au niveau des systèmes hydrothermaux et des volcans, qui s'accumulaient sous forme de gaz dans l'atmosphère.

Des micro-organismes appelés «méthanogènes hydrogénotrophes», l'une des formes de vie les plus anciennes de notre biosphère, bénéficiaient plus particulièrement de la composition atmosphérique de l'époque. Ces micro-organismes se nourrissaient du CO2 (dioxyde de carbone) et du H2 (dihydrogène), alors abondants dans l'atmosphère (le H2 représentait 0,01% à 0,1% de la composition atmosphérique, contre approximativement 0,00005% aujourd'hui), et récoltaient ainsi une quantité d'énergie suffisante pour coloniser la surface des océans.

Ils relâchaient en échange d'importantes quantités de méthane (dont les méthanogènes tirent leur nom) dans l'atmosphère. Ce puissant gaz à effet de serre s'y accumulait et réchauffait le climat, à une époque où un soleil moins brillant qu'aujourd'hui n'était pas nécessairement en mesure de maintenir à lui seul des conditions tempérées à la surface de la planète.

Des similitudes avec
l'histoire terrestre?

L'apparition de la vie sur Terre a donc pu participer, par le biais des méthanogènes, à consolider l'habitabilité de notre planète et à établir les conditions favorables à l'évolution et à la complexification de la biosphère terrestre durant les milliards d'années qui ont suivi.

S'il s'agit du scénario le plus probable de l'évolution précoce de l'habitabilité de la Terre, qu'en est-il des autres planètes du système solaire? Prenons l'exemple de notre voisine, la planète rouge. Au fur et à mesure que nous explorons Mars, il semble de plus en plus certain qu'au même moment se développaient sur la planète rouge, ou plus spécifiquement sous sa surface, des conditions environnementales similaires à celles ayant permis aux méthanogènes de foisonner dans les océans de la planète Terre.

Une vie microbienne martienne aurait pu trouver, dans les quatre premiers kilomètres de la croûte poreuse de Mars, un abri aux conditions rigoureuses de la surface (en particulier aux radiations UV délétères), des températures favorables et compatibles avec la présence d'eau liquide, et d'une source potentiellement abondante d'énergie sous la forme de gaz atmosphériques diffusant dans la croûte.

C'est donc tout naturellement que notre groupe de recherche s'est posé la question suivante: ce qui est arrivé sur Terre aurait-il pu également se produire sur la planète rouge?

Un portrait de Mars, il y a
quatre milliards d'années

Pour répondre à cette question, nous avons couplé trois modèles. Nos résultats viennent d'être publiés dans la revue scientifique Nature Astronomy. Le premier permet de prédire comment le volcanisme à la surface de Mars, la chimie interne de son atmosphère et l'échappement de certaines espèces chimiques vers l'espace déterminent la pression et la composition de l'atmosphère. Ces caractéristiques déterminent ensuite le climat.

Le deuxième modèle décrit les caractéristiques physicochimiques de la croûte poreuse de Mars: température, composition chimique, présence d'eau liquide. Celles-ci sont en partie déterminées par les conditions de surface (température de surface, composition atmosphérique) et en partie par les caractéristiques internes de la planète (gradient thermique interne, degré de porosité de la croûte).

Dans la majorité de nos scénarios,
la présence d'eau liquide à la surface
de Mars est possible au moins dans
les régions les plus chaudes.

Ces deux premiers modèles nous permettent donc de simuler l'environnement de surface et souterrain d'une Mars jeune. De nombreuses incertitudes demeurent cependant quant aux caractéristiques principales de cet environnement (intensité du volcanisme de l'époque, gradient thermique de la croûte).

Pour remédier à ce problème, nous explorons dans le modèle un grand nombre de possibilités sur ce que ces caractéristiques auraient pu être, générant ainsi un ensemble de scénarios de ce à quoi Mars aurait pu ressembler il y a quatre milliards d'années.

Cartes topographiques de Mars il y a environ 4 milliards d'années aux stades initial, intermédiaire et final, la totalité de la période couvrant quelques dizaines à centaines de milliers d'années, et de l'évolution de la couverture de glace à la surface de Mars (en blanc) au fur et à mesure du refroidissement de son climat sous l'influence de micro-organismes méthanogènes hydrogénotrophes. | Boris Sauterey, fourni par l'auteur

Le troisième et dernier modèle décrit la biologie d'hypothétiques micro-organismes méthanogènes martiens. Il repose sur l'hypothèse que ces derniers auraient été similaires aux méthanogènes terrestres, du moins du point de vue de leurs besoins énergétiques. Il nous permet d'évaluer l'habitabilité pour nos microbes, par rapport aux conditions environnementales souterraines sur Mars, dans chacun des scénarios environnementaux générés par les deux précédents modèles.

Si celles-ci sont habitables, le modèle évalue combien de ces micro-organismes auraient alors pu subsister sous la surface de Mars et, couplé aux modèles de croûte et de surface, l'influence de cette biosphère microbienne souterraine sur la composition chimique de la croûte, sur l'atmosphère et sur le climat. En faisant le lien entre l'échelle microscopique de la biologie des microbes méthanogènes et l'échelle globale du climat de Mars, le couplage de ces trois modèles permet donc de simuler le comportement d'un écosystème planétaire martien.

Une habitabilité souterraine passée très probable de la croûte de Mars

Un certain nombre d'indices géologiques indiquent que de l'eau liquide circulait à la surface de Mars il y a quatre milliards d'années, formant des rivières, des lacs, et même potentiellement des océans. Le climat de Mars était donc plus tempéré qu'il ne l'est aujourd'hui. Pour expliquer un tel climat, notre modèle de surface estime que l'atmosphère de Mars était dense (à peu près autant que l'atmosphère terrestre actuelle) et particulièrement riche en CO2 et H2, plus encore que ne l'était à l'époque l'atmosphère terrestre.

Ce contexte atmosphérique particulièrement riche en CO2 aurait en effet conféré au H2 atmosphérique les caractéristiques d'un gaz à effet de serre particulièrement puissant, plus puissant que ne l'aurait été, dans les mêmes conditions, le CH4. Autrement dit, 1% de H2 dans l'atmosphère réchauffait alors plus le climat de Mars que 1% de CH4.

Dans quelques-uns des scénarios produits par notre modèle, cet effet de serre ne suffit pas à produire les conditions climatiques nécessaires au maintien d'eau liquide à la surface de Mars: la planète rouge est alors recouverte de glace. Si des températures viables existent dans les profondeurs de la croûte, celle-ci n'en demeure pas moins inhabitable: bloqués par la glace de surface, le CO2 et le H2 atmosphériques –source d'énergie indispensable à la vie méthanogène– ne peuvent pas pénétrer dans la croûte.

Cependant, dans la majorité de nos scénarios, la présence d'eau liquide à la surface de Mars est possible au moins dans les régions les plus chaudes. Dans ces régions, le CO2 et le H2 atmosphériques peuvent pénétrer dans la croûte. Notre modèle biologique prédit alors que dans l'intégralité de ces scénarios, les micro-organismes méthanogènes auraient trouvé des températures viables et eu accès à une source d'énergie suffisante à leur survie dans les premières centaines de mètres de croûte.

Pour résumer, bien que nous n'ayons à l'heure actuelle aucune preuve factuelle d'une vie passée ou présente sur Mars, la croûte de Mars aurait très probablement pu abriter une biosphère souterraine composée de micro-organismes méthanogènes il y a quatre milliards d'années.

Un climat brutalement refroidi

Ces hypothétiques méthanogènes martiens auraient-ils pu, tout comme leurs homologues sur Terre, réchauffer le climat de leur planète? Notre histoire devient ici moins optimiste. Une biosphère souterraine basée sur la méthanogénèse aurait profondément modifié l'atmosphère de Mars, consommant la grande majorité de son H2 et relâchant une quantité importante de CH4.

Or, comme nous l'avons vu, le H2 est, dans le contexte de l'atmosphère précoce de Mars, un gaz à effet de serre plus puissant que le CH4. Alors que l'apparition de la méthanogénèse sur Terre a participé à établir un climat favorable, consolidant ainsi l'habitabilité terrestre, une vie méthanogène martienne aurait, en consommant la majorité du H2 atmosphérique de Mars, brutalement refroidi le climat de plusieurs dizaines de degrés et participé à l'expansion de la couverture de glace.

Dans les régions encore libres de glace en surface, nos micro-organismes auraient par ailleurs probablement eu à s'enfoncer bien plus profondément dans la croûte afin de trouver des températures viables, s'éloignant ainsi de leur source atmosphérique d'énergie. Mars serait donc devenue, sous l'action de la vie, bien moins accueillante qu'elle ne l'était initialement.

Tendance à l'autodestruction

Dans les années 1970, James Lovelock et Lynn Margulis ont développé l'hypothèse Gaïa, selon laquelle l'habitabilité de la Terre serait maintenue par une autorégulation harmonieuse et mutuelle de la biosphère terrestre et de la planète Terre. Nous, l'espèce humaine, étions dans ce cadre une fâcheuse exception.

Ce concept a conduit à l'émergence de l'idée de «goulot d'étranglement Gaïen»: ce ne sont peut-être pas les conditions nécessaires à la vie qui manquent dans l'univers mais la capacité de la vie, une fois apparue, à maintenir sur le temps long l'habitabilité de son environnement planétaire.

Ce que suggère notre étude est encore plus pessimiste. Comme le montre l'exemple de la méthanogénèse sur Mars, la vie –même très simple– peut, dans certaines conditions, activement compromettre l'habitabilité de son environnement planétaire. Est-il alors possible que cette tendance à l'autodestruction limite l'abondance de la vie dans l'univers?

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l'article original.

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