“Mars, c’est une vision de la Terre aux origines de la vie!”


Cathy Quantin-Nataf
Cathy Quantin-Nataf © Eric Le Roux / Université Claude Bernard Lyon 1

L’équipe de Cathy Quantin-Nataf vient de proposer un site d’atterrissage pour le robot européen ExoMars, qui part en 2018 à la recherche de la vie sur Mars.

Chercher la vie sur une planète désertique de 145 millions de km2 , c’est un peu explorer une botte de foin pour y retrouver une aiguille : “Il y a trois satellites en orbite autour de Mars en ce moment, les scientifiques sont inondés de données”, indique Cathy Quantin-Nataf. “Nous essayons de répondre à deux questions : y a-t-il eu de la vie sur Mars ? Si oui, a-t-elle été conservée ? Pour résoudre le mystère, une investigation rigoureuse et combinée de cette masse d’informations est indispensable !”

Les pieds sur Mars

Cathy Quantin-Nataf est géologue au laboratoire Terre Planète Environnement de l’Université Claude Bernard Lyon 1 et spécialiste de la surface des planètes. Après des études à Besançon puis Paris, elle est venue à Lyon pour sa thèse : “C’est la rencontre avec mon directeur de thèse qui m’a envoyée sur Mars.  Avant, j’étudiais les mouvements de terrain.” Elle a réalisé son post-doctorat au Musée de l’Air et de l’Espace de Washington D.C., le musée le plus populaire des Etats-Unis (8 millions de visiteurs par an). “Les chercheurs du laboratoire rattaché au Musée participent à la médiation et à l’élaboration des expositions. D’une manière générale, les Américains accordent beaucoup d’importance à ce qu’ils appellent le “public outreach”, l’impact sur le public. Résultat, tout le monde là-bas connaît la NASA et en est fier, ce qui est moins dans la culture européenne.

Elle ajoute : “Je râle toujours en regardant les reportage télé en planétologie, ce sont très souvent des scientifiques américains interviewés ! Certes ils représentent 80% du nombre de chercheurs travaillant sur le sujet, mais en nombre de publications les Français se défendent très bien !

e-Mars : analyser vingt fois plus de données

Le Conseil Européen de la Recherche accorde aux scientifiques des bourses individuelles pour financer des projets de recherche fondamentale. Un “projet ERC” permet au chercheur de se consacrer pleinement à sa recherche avec sa propre équipe. Ces bourses sont difficiles à obtenir et soutiennent des chercheurs considérés comme particulièrement brillants. Elles sont donc prestigieuses dans le monde de la recherche.

A 36 ans, Cathy Quantin-Nataf pilote depuis 2011 le projet e-Mars, prévu pour durer cinq ans et soutenu par le Conseil Européen de la Recherche à hauteur de 1,5 millions d’euros. L’objectif d’e-Mars : utiliser de manière originale les données déjà disponibles.

On combine des données issues des quatre dernières missions martiennes pour comprendre l’évolution dans le temps de Mars et de son climat. Cela peut être de la topographie, de l’imagerie visible, de la spectro-imagerie infra-rouge… Il y en a des milliers et des milliers de gigaoctets ! ” L’ingénieur informaticien de l’équipe, Loïc Lozac’h, a développé une application capable de combiner les données massivement et vingt fois plus rapidement que celles existant jusqu’alors. Un outil qui lui a demandé deux ans et demi de travail et a permis à l’équipe e-Mars de repérer et proposer un site d’atterrissage potentiel pour le rover ExoMars. Ce robot roulant doit être envoyé sur la planète rouge en 2018 pour y chercher des traces de vie.

Se poser sur Mars, un casse-tête

Y a-t-il eu de la vie sur Mars, et a-t-elle été conservée ? La première étape pour répondre a été de prouver que l’eau a bien été présente sur Mars, notamment grâce à la découverte de roches contenant de l’eau (les “minéraux hydratés”), par exemple des argiles. Les précédentes missions martiennes ont déjà permis de détecter la présence passée d’eau, et le rover ExoMars emportera un mini laboratoire capable d’analyser les échantillons extraits du sous-sol martien pour y chercher d’éventuelles traces de vie fossile.

Mais pour faire des trous dans le sol martien, ExoMars doit pouvoir s’y poser. Ce qui n’est pas gagné d’avance : “L’agence spatiale russe assurera l’atterrissage du rover. Il se pose avec une incertitude de 100 kilomètres, ce qui est dix fois moins précis que les capacités actuelles de la  NASA.” Le premier critère pour un site d’atterrissage est donc d’être plat sur un rayon d’au moins 100 kilomètres. “De plus, le rover ne peut se déplacer que de deux kilomètres : il faut donc que le site d’atterrissage présente beaucoup de points d’intérêt, pour être sûr qu’il pourra en atteindre au moins un”, précise la chercheuse. Pour assurer le freinage du rover avant son atterrissage, il faut également un site à basse altitude. Enfin, pour que les appareils équipant le robot puissent fonctionner, le site doit être proche de l’équateur où les températures sont plus clémentes (la température moyenne de mars est – 70°!).

Aucun endroit connu jusqu’alors ne remplissait tous ces critères. Le site repéré et proposé par l’équipe de Cathy Quantin-Nataf, une grande plaine nommée Oxia Planum, fait partie du “top 4” des sites discutés fin mars par l’Agence spatiale européenne (ESA).

Agence spatiale cherche site d’atterrissage

Pour mettre au point une mission d’exploration, les agences spatiales comme l’ESA ou la NASA lancent en effet un “appel à sites” auprès de la communauté scientifique : les équipes de recherche ont quelques semaines pour proposer un endroit où le rover pourrait se poser. Cette proposition doit évidemment être argumentée scientifiquement et remplir les critères techniques définis par les ingénieurs en charge du robot.

L’enjeu est important : “Les trois satellites en activités ont les sites sélectionnés comme cibles prioritaires. Avec la NASA, qui a un fonctionnement très compétitif, les données ainsi récoltées sont réservées aux équipes des instruments à bord des satellites pendant un embargo de 3 mois, avant d’être disponibles en ligne aux proposeurs de sites. L’Agence spatiale européenne est plus souple, elle a prévu d’ouvrir dès le départ ces données à toutes les équipes pré-selectionnées.”

Pour identifier les sites, il faut élaborer des cartes des roches. Il est possible de déterminer quel type de roche se trouve à quel endroit en analysant la réflectance solaire : les roches minérales réfléchissent les rayons du soleil différemment en fonction de leur composition chimique. Les longueurs d’onde de la lumière renvoyée par la roche permettent donc de déduire sa composition (une introduction à la spectroscopie de réflectance est disponible sur le blog du projet e-Mars).

L’équipe de Cathy Quantin-Nataf a constitué un dossier d’une quinzaine de pages : cartographie de minéraux hydratés, temps d’exposition aux rayonnements cosmiques (qui détruisent la matière organique et rendent la conservation de la vie dans la roche moins probable), estimation de la dangerosité de l’atterrissage, calcul de la pente au mètre près… Soit un mois de travail à plein temps pour dix personnes. Puis elle est allée défendre cette proposition devant tous les acteurs concernés par la mission ExoMars : “Nous avons vu qu’Oxia Planum a fait une très bonne impression. Franchement, nous y croyons ! Oxia Planum est une plaine très riche en argiles, et certaines roches sont protégées des rayonnements cosmiques donc pourraient avoir conservé des traces de vie.

Entre mars et l’automne 2014, les  satellites en orbite autour de la planète rouge vont observer les sites pré-sélectionnés pour confirmer leur intérêt scientifique. Mais d’autres difficultés devront être résolues : “Certaines pièces indispensables pour assembler le rover restent actuellement bloquées à la frontière russe… Et le budget n’est pas confirmé : environ 850 millions d’euros auraient été réunis sur les 1,2 milliards que coûtera le projet.

Carte de la plaine Oxia Planum

Carte de la plaine Oxia Planum

Quant à la question de savoir si consacrer autant d’argent à l’exploration d’une planète lointaine est justifié, Cathy Quantin-Nataf n’a pas de doute : “On essaie à tout prix de comprendre l’origine de la vie sur Terre. Or, l’activité géologique de Mars s’est arrêtée à peu près à la période où la vie sur Terre est apparue, il y a 4 milliards d’années. Mars nous offre en quelque sorte une image de ce qu’était la Terre aux origines de la vie. A cause de la tectonique des plaques qui recycle la surface de la Terre, on n’y trouve que 0,1% de roche remontant à cette époque alors que c’est 70% de la surface martienne… C’est donc passionnant, forcément !”

 

Pour aller plus loin
Le Laboratoire de Géologie de Lyon : Terre, Planètes et Environnement de l’Université Claude Bernard Lyon 1 rapproche et intègre des disciplines habituellement compartimentées : évolution, environnement, géophysique, géochimie, cosmochimie. Ses activités ont pour objectif la compréhension de la formation de la Terre et de son évolution, de l’apparition de la vie et de son développement. Ce champ de recherche va de la formation du système solaire jusqu’à l’exobiologie, de l’étude de la formation des chaînes de montagne jusqu’à celle des paléoenvironnements, de la dynamique du manteau et du noyau de la Terre jusqu’à celle des autres planètes. Le terrain, l’expérimentation, l’analyse et le calcul intensif sont mis à profit, ainsi que de fortes interactions avec d’autres disciplines : la physique, la chimie, la biologie, l’astrophysique.

Un contenu proposé par

Cléo Schweyer

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