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Détecter la vie grâce aux biosignatures

— 20 mars 2024 —



Qu'est ce que la vie ? Voilà une question des plus simples à répondre en apparence (il suffit de pointer du doigt un chat "ça c'est vivant !") et pourtant... qu'est ce que la vie ? Qu'est ce qui différencie la vie de la non vie ? Qu'est ce qui caractérise exclusivement la vie ?  Sans une réponse extrêmement précise et surtout quantifiable, nous ne serons jamais en mesure de percer le mystère de l'origine de la vie, et encore moins de découvrir la vie sur d'autres mondes à des années-lumières.

Il faut savoir que la vie a de forte chance d'être une chose beaucoup plus diverse que ce à quoi on pense, c'est à dire qu'il peut exister dans l'Univers des formes de vie n'ayant rien à voir avec la vie terrienne. il n'y a aujourd'hui encore aucune preuve de cela, mais l'étude des exoplanètes et la complexité de leurs natures commence à pointer dans cette direction. Dans cet article nous ne spéculerons pas sur ce que pourrait ou ne pourrait pas être la vie extra-terrestre exotique, mais nous partirons du principe qu'il existe dans la galaxie des formes de vies similaires à la vie terrienne, et c'est donc cette vie là que l'on va chercher à débusquer !

 

L'ère industrielle modifie la composition de l'atmosphère Photo par Vecteezy

 

On estime qu'à l'époque de l'Empire Romain (celui de Jules César, Marc Aurèle et compagnie) les mines de cuivre d'Espagne ont tellement été exploité que cela a engendré une intense pollution atmosphérique ayant sensiblement modifiée la composition de l'atmosphère de la Terre durant plusieurs années (comme quoi la pollution et les modifications climatiques ne datent pas d'hier...). Cette perturbation atmosphérique d'origine humaine aurait ainsi pu être un marqueur planétaire de l'activité humaine à la surface, ce qui trahi donc la présence de la vie sur Terre aux yeux d'une éventuelle civilisation extra-terrestre qui étudierait notre planète depuis la leur. Un autre exemple d'actualité est le doublement de la concentration de CO2 dans l'atmosphère en l'espace d'environ un siècle causé par le développement de l'industrie émetrice de gaz carboniques. La modification de la composition atmosphérique peut provenir de phénomènes naturels (volcanisme...) mais cela s'étend sur de longues périodes (des milliers d'années). Hors l'augmentation récente et très rapide du CO2 dans notre atmosphère trahie l'action d'une industrie mondiale et donc de l'activité intense d'une vie à la surface du globe.

Evidemment un changement de composition atmosphérique pourrait tout aussi bien être causé par des phénomènes naturels comme une éruption volcanique, l'impact d'un astéroide, ou encore les conséquences d'un réchauffement ou refroidisement climatique lié à l'activité solaire. Il n'est donc pas possible de conclure qu'une planète héberge la vie simplement parce qu'on y détecte un changement atmosphérique. Cela témoigne en tout cas d'une activité planétaire (à élucider) et d'une sensibilité de la planète aux phénomènes climatiques, ce qui est une caractéristique des planètes habitables susceptibles d'abriter la vie. Pour résumer, détecter un changement atmosphérique n'est pas forcément la preuve d'une activité vivante à la surface, mais c'est au minimum la preuve que la planète que l'on observe possède un système atmosphérique et surfacique complexe et est donc d'un très grand intérêt pour la recherche de la vie.

 

Il y a 3 milliards d'années l'atmosphère terrestre était surtout composée de méthane | Illustration

 

Dans l'Histoire de la Terre, un phénomène extremement important (probablement le plus important de toute l'Histoire de la Terre, malgré le fait que peu de gens le connaisse) est la Grande Oxydation. Survenu il y a près de 2 millards d'années, ce phénomène a fait basculer toute la biosphère terrestre et a modifié pour toujours la nature de la vie sur Terre, permettant l'expansion exponentielle des êtres vivants partout sur la planète. Sans la Grande Oxydation, nous ne serions pas là, les chats ne seraient pas là, les tortues non plus, et pratiquement aucun des êtres vivtants que l'on connait. Pour faire assez court, durant cette "période", les organismes producteurs d'oxygène (comme les plantes et les algues) ont produit BEAUCOUP plus d'oxygène (grâce à la photosynthèse) que ce que pouvait absorber les organismes qui le respire, et ce surplus s'est donc accumulé dans l'atmosphère et dans les eaux de surface jusqu'à en composer plus de 20% ! Ceci fut une (très) mauvaise nouvelle pour toutes les formes de vies pour lequelles l'oxygène est toxique, mais qui ne sont aujourd'hui plus là pour s'en plaindre. Ce fut en revanche une très bonne nouvelle pour les dinosaures, pour nous, pour les chats et les tortues qui ont en commun de respirer abondament de l'oxygène ! Sans parler de la couche d'ozone (l'ozone étant composée de trois atomes d'oxygène) qui nous protège des rayons UV du Soleil qui autrement nous irradiraient quotidiennement... en bref : merci l'oxygène et merci la Grande Oxydation (ça pourrait faire l'objet d'un bon culte mhh...).

Sans phénomène cosmique extrême (impact d'astéroide chargé en oxygène...) une modification aussi majeur et permanante de la composition atmosphérique ne peut être produite que par une activité chimique de surface qui s'adapte à cette nouvelle composition. Autrement dit : la vie. Il est donc possible de détecter la présence de vie sur une planète en identifiant une modification atmosphérique majeure alterant sa composition, comme par exemple la production d'oxygène par photosynthèse.

 

Vue d'artiste du James Webb Space Telescope (ESA/SPL)

 

Maintenant que l'on connait les grands phénomènes qui trahisent la présence de la vie sur une planète, il reste à savoir comment détecter ces phénomènes à plusieurs années-lumière de distance !

L'idée générale est de mesurer le spectre d'absorption de la planète observée, c'est à dire l'intensité de chaque longueur d'onde de la lumière qui nous parvient. Pourquoi faire cela ? Car la lumière est "filtrée" lorsqu'elle passe à travers certaines molécules, faisant diminuer l'intensité de toute une bande de longueur d'ondes. C'est pourquoi on parle de spectre "d'absorption". En mesurant ce spectre et en identifiant les bandes d'absorption, on peut déduire les molécules qu'a traversé la lumière, et par conséquent les molécules présentent dans l'atmosphère de la planète observée !

Cela peut sembler fou de réussir à détecter des molécules situées à des distances astronomiques simplement grâce à de la lumière, mais puisque cette dernière a voyagé dans le vide interstellaire après avoir traversé une atmosphère, elle n'a subit aucune autre alteration et est donc exactement la même une fois collectée dans le miroir du télescope que lors de son départ à plusieurs années-lumière. Le seul point critique pour réussir cette mesure est d'ordre technologique. Il faut que la résolution du télescope utilisée soit la plus élevée possible afin de correctement discerner les longueurs d'ondes issues d'un objet extrêmement lointain. Aujourd'hui le James Webb Space Telescope en est capable, et c'est d'ailleurs le meilleur télescope au monde pour cela ! Il est parvenu à détecter la présence de vapeur d'eau dans l'atmosphère de plusieurs exoplanètes, et continue à identifier des mondes aux caractéristiques suscitant l'intérêt des chercheurs, notamment à cause des interprétations possibles (nuages de glaces, pluie de roches, climat "supersensible"...).

Aujourd'hui les données se multiplient, mais les modèles de compréhension sont encore très basiques, et donc probablement loin de la réalité. Il faut garder à l'esprit que c'est une science jeune, même très jeune (cela ne fait même pas 10 ans que l'on peut analyser l'atmosphère d'une exoplanète), par conséquent les scientifiques oeuvrant dans ce domaine sont des pionniers qui nous éloignent de l'ignorance à chaque nouvelle publication. La détection de biosignatures est un thème presque autant philosophique que physique, tant les discussions restent ouvertes sur la nature de ce que l'on est justement censé détecter. À mesure que ce concept prend en maturité, la recherche de la vie se précisera, probablement au-délà de la simple détection d'eau, pour se focaliser sur des phénomènes atmosphériques que l'on aura identifié comme étant indissociables de la vie.

 

Détection de vapeur d'eau grâce au spectre de l'atmosphère de WASP-96 b (NASA, JWST)

 

Nous avons vu que le développement de la vie et ses évolutions successives ont systématiquement eu un impact massif sur l'atmosphère de sa planète hôte. En tout cas c'est ce que démontre l'Histoire de la Terre durant plus de 4 milliards d'années. Ces impacts peuvent être détectés dans le spectre d'absorption de la lumière traversant l'atmosphère d'une planète. Des aliens observant la Terre depuis très longtemps pourraient ainsi connaitre les grandes étapes de notre Vie sans jamais avoir eu à poser leur mandibules sur notre planète. Nous pourrions faire la même chose pour leur monde, à condition d'utiliser de très puissants téléscopes comme le JWST. Ce n'est donc qu'une question de temps avant qu'une biosignature ne soit détectée sur l'une des nombreuses exoplanètes qui retiennent l'attention des astronomes. En attendant ce jour historique, il est à la porté de chacun de s'interroger sur ce qui caractérise la vie sur une planète, et qui sait, peut-être trouverez-vous la théorie qui révèlera au monde les nombreuses cachettes de la vie ! 

 

À bientôt dans l'espace !

 

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