Les mondes habitables

Qu'est ce qui rend une planète susceptible d'abriter de la vie ? Est-ce que seules les planètes en sont capables ? Et de quel type de vie précisément parlons-nous ? Voici un aperçu des grandes questions reflétant notre ignorance en matière de vie extra-terreste et d'habitabilité d'autres mondes. Pourtant, des clés de réponses ont déjà été amené individuellement, et si l'on les combine, elles peuvent offrir une vue d'ensemble de ce que l'on sait et ne sait pas sur ce sujet, telle une cartographie du savoir de l'habitabilité des mondes.

Nous allons voir que lorsque nous parlons de "vie", il est en vérité question de vie basée sur l'eau. Cependant, rien n'exclue l'existence de vies basées sur d'autres éléments chimiques ou atomiques (la diversité des types de vies sera abordée dans un dossier spécial).

Nos corps d'humains sont composés à près de 60% d'eau (molécule H2O), tandis que la Terre est elle même couverte à 70% par des étendues d'eau (océans, mers). Il n'y a pas forcément de causalité entre ces deux pourcentages, mais il est certain qu'il y en a un dans le fait que chaque être vivant de cette planète soit majoritairement composé d'eau. Cela est tout de même logique puisque l'origine de la vie sur notre planète vient des océans. Le milieu originel étant l'eau, il est cohérent que les organismes qui se sont développés aient puisé dans la matière les englobant pour construire leur propre structure. Comme dit l'expression "on est ce que l'on mange", et dans notre cas "on devient ce dans quoi on vit" : valable pour l'évolution, et la société !

Ainsi, l'intégralité des êtres vivants de notre planète sont majoritairement composés d'eau : la vie terrienne est bien basée sur l'eau. Si l'eau est si fondamentale à l'existence de la vie, c'est pour des raisons chimiques ! L'eau agit comme un solvant, ainsi la plupart des matières s'y retrouvant se disolvent, ce qui facilite les réactions chimiques, et donc les associations d'éléments pouvant mener à la construction de micro-organismes. Plus précisément, c'est la construction de molécules de carbone qui est vitale, car tout ce qui est vivant (et tout ce qui est utilisé par le monde vivant) est fait de carbone (18% dans le cas des humains). L'eau est donc essentiel à l'apparition de la vie telle que nous la connaissons, permettant la construction d'organismes carbonés.

Maintenant que la nature de la vie basée sur l'eau est plus claire, il est temps de passer aux critères d'habitabilités planétaires pour une telle vie. C'est à dire, quels paramètres et éléments doivent être présents pour qu'un monde puisse abriter des organismes vivants. Tout naturellement : de l'eau. C'était la seule chose évidente que l'on pouvait déduire. Tout le reste est affaire de science contemporaine (c'est à dire les études qui ont lieu en ce moment même où vous lisez ces lignes), puisque l'échantillon d'observation de la vie basée sur l'eau ne se réduit qu'à une seule planète : la notre. Toutes les autres manières par lesquels une planète ayant de l'eau puisse posséder la vie sont à l'étude, notamment par le biais de modélisations et d'expériences (souvent informatiques, et parfois réelles en laboratoire). 

Dans notre cas, la vie est apparue dans l'eau liquide. Mais pourrait-elle apparaitre dans l'eau solide (la glace) ? Et dans l'eau gazeuse (vapeur) ? Si la réponse est oui, alors la moitié des planètes de notre Système Solaire sont succeptibles d'abriter la vie, ainsi que des milliards d'exoplanètes dans la Galaxie. Malheureusement, il y a plus de chance que la réponse soit non. Sans rentrer dans les implications thermodynamiques et biochimiques qui impliquent cette réponse, on peut toutefois considérer qu'il est hautement improbable qu'un organisme vivant parvienne à se structurer et à émerger dans un milieu non liquide car comme on l'a vu précédemment seule l'eau liquide permet de dissoudre de manière aussi polyvalente la matière essentielle à la vie -carbone- (il ne s'agit cependant pas d'une certitude, aucune démonstration n'a prouvé que c'était impossible). Il est donc plus fiable de s'orienter sur la recherche de mondes possédant de l'eau liquide comme premier critère d'habitabilité.

Tout d'abord, il faut considérer le fait que l'eau liquide peut se trouver à de multiples endroits dans une planète:

• à la surface (océans...)
• sous la surface (océans gelés)
• dans la croûte planétaire (mers souterraines)

Le premier endroit nécessite que la surface de la planète soit comprise entre 0 et 100°C pour que l'eau liquide y coûle, et donc que la planète se trouve dans la zone habitable de son étoile. Il s'agit de l'objectif de recherche sur lequel travaillent l'écrasante majorité des astrobiologiques/physiciens cherchant la vie extraterrestre.

Cependant, les deux autres endroits n'imposent aucune température de surface pour que l'eau soit présente. Si une planète océan est trop loin de son étoile (donc dans la zone "froide") alors les premiers kilomètres d'eau seront complétement gelés et aucune vie ne pourra y émerger... cependant, si l'océan est suffisament profond, alors l'épaisse couche de glace peut isoler l'eau des couches inférieures du froid spatial, et ainsi permettre l'existence d'un océan d'eau liquide sous une barrière de glace. Ceci n'est cependant valide qu'à une seule condition : que quelque chose chauffe l'océan d'eau liquide depuis les profondeurs pour l'empecher de geler par inactivité.

Cela nous amène donc au deuxième critère d'habitabilité : l'activité géologique / géothermique. Ce critère peut être satisfait de deux manières. La première est la présence d'un noyau métallique dont les mouvements convectifs mettront en mouvement les couches supérieures de la planète ainsi que la production d'un champ magnétique protecteur. La deuxième est la soumission à une force de marée pouvant venir de l'existence d'un autre corps massif proche, comme une lune en orbite de la planète. Cette force, dont l'origine est l'attraction gravitationnelle de la lune, met en mouvement les couches les plus élevées de la planète et provoque un échauffement thermique suffisant pour produire une activité géothermique réchauffant alors les couches en surface de la planète.

Pour résumer, trois choses peuvent permettre à un monde d'abriter de l'eau liquide :

1. Orbiter dans la Zone Habitable de son étoile
2. Posséder un noyau convectif produisant une forte activité géothermique
3. Subir des effets de marée intenses échauffant la croûte planétaire (grâce à la présence d'une lune ou d'une planète proche)

Si vous voulez savoir, la Terre possède ces trois choses simultanément ;)

Grâce à ce que nous venons d'expliquer et de liste, il est désormais possible d'identifier les types de mondes habitables pour la vie basée sur l'eau. On en distingue trois principaux :

• Mondes océans
• Mondes creux
• Mondes gelés 

Les mondes océans sont des planètes ou des lunes recouvertes d'eau, partiellement ou totalement. L'exemple le plus évident est la Terre. Il est possible que certaines planètes ne possèdent pas d'océans planétaires à proprement parlé (c'est à dire qui se connectent à travers toute la planète) mais plutôt des mers, des canyons ou des grands lacs (comme on en trouve en Amérique du Nord ou en Afrique) qui ne recouvriraient qu'un faible pourcentage de la surface de la planète, mais suffiraient pour que la vie se développe et prospère.

Les mondes creux sont des planètes ou des lunes à la surface rocheuse (comme Mars, Vénus et Mercure) n'ayant à priori pas d'eau à leur surface, mais qui cachent en réalité dans leur croûte rocheuse à plusieurs kilomètres de profondeur d'immenses cavités remplis d'eau liquide. Si ces "grottes géantes" sont suffisament larges, réparties et connectées dans la planète, elles peuvent constituer des océans souterrains dans lesquels la vie pourrait survivre.

Les mondes gelés sont des planètes ou des lunes possédant un océan d'eau glacé à leur surface en raison du trop grand éloignement de leur étoile, mais qui possèdent en fait d'encore plus grande quantité d'eau liquide protégée sous l'épais blindage de glace. Par conséquent, ces mondes semblent inertes et hostile à la vie à leur surface, mais sont en réalité de gigantesque aquarium sous la surface.

Les recherches exoplanétaires nous permettent aujourd'hui de découvrir des mondes océans car les critères pour les détecter sont assez précis (orbite dans la zone habitable, atmosphère épaisse, présence de vapeur d'eau dans la composition de l'atmosphère), mais nous n'avons cependant encore aucun moyen pour découvrir des mondes creux ou gelés, alors qu'il y a fort à parier qu'ils représentent un pourcentage très important des mondes habitables de la Galaxie. Nous avons donc encore trop peu de données concernant les exoplanètes, mais nous en avons en revanche suffisament pour les planètes de notre Système Solaire !

En effet, grâce aux nombreuses sondes envoyées à travers l'espace, nous connaissons avec précision la nature et les caractéristiques principales de chacune des planètes, lunes et corps rocheux de notre Système Solaire. Ce qu'il en ressort, c'est que de nombreuses lunes sont en fait des mondes gelés. Autrement dit, plusieurs lunes du système solaire possèdent d'énormes quantités d'eau liquide cachées sous d'épaisses couches de glace. On peut par exemple cité Ganymède, Encelade, Callisto, Triton, Miranda, Charon... Même Titan, la plus grande lune de Saturne, semble abriter un océan souterrain sous sa surface de méthane, ce qui en ferait une sorte de monde lunaire creux. Tous ces exemples montrent que l'eau est très présente dans notre système solaire, et que c'est potentiellement aussi le cas pour la vie extraterrestre...

Encelade, une lune gelée de Saturne, possède un océan d'eau liquide et des molécules carbonées (Crédit : NASA, JPL/Cassini, ESA)

Certaines hypothèses et histoires datant des années 1800 spéculaient sur le fait que la Terre soit en fait creuse et héberge un océan souterrain avec tout un écosystème adapté aux profondeurs. Aujourd'hui cela est démanti par la science, mais peut être que ce genre de scénario pourrait s'avérer réel dans une autre planète à quelques années lumières de nous... ou peut être plus proche, comme sur Titan, ou Mars ? Quoiqu'il en soit, ces hypothèses finiront par être approfondies ou démanties, nous permettant d'en savoir plus sur la diversité d'habitabilité des mondes s'étendant bien au delà de notre portée, et cela très probablement durant le XXIème siècle.

Suivant les critères des mondes habitables, près d'une centaine d'exoplanètes identifiées à ce jour seraient des mondes océans. Aucun monde gelé ou creux ne peut encore être détecté car les méthodes n'ont tout simplement pas encore été créées. Il y a fort à parier que la prise en compte de ces types de mondes habitables permettra d'étendre significativement le champ de la recherche de la Vie dans l'Univers. Et si personne ne le fait, alors ce sera à vous !

À bientôt dans l'espace !

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