Méthane martien : Curiosity relance le débat

La planète Mars vue depuis l’orbite. © ISRO / ISSDC / Justin Cowart
La nouvelle détection de méthane dans l’atmosphère de Mars par le robot Curiosity relance le débat sur l’origine de ce gaz : celle-ci est-elle biologique ou non ? Les scientifiques cherchent toujours à comprendre quel mécanisme peut le produire, mais aussi pourquoi il « s’évapore » partiellement en fonction des saisons.

Le 7 juin 2018, la Nasa a annoncé deux résultats importants issus des explorations menées par son rover Curiosity sur Mars. L’un d’eux fait état de l’existence d’un cycle saisonnier du méthane sur la planète rouge (l’autre concerne l’identification pour la première fois de molécules carbonées complexes). En d’autres termes, les instruments de Curiosity ont confirmé qu’il y a bien du méthane dans la fine atmosphère martienne. De plus, sa proportion varie en fonction de la saison. Ce résultat s’ajoute à d’autres, antérieurs et encore plus mystérieux, qui semblent indiquer qu’il y a, épisodiquement, des émissions de méthane, aussi fortes qu’éphémères. Au final, c’est un véritable casse-tête.

Un seul gaz : deux origines possibles

La première « détection » de méthane dans l’atmosphère de Mars, controversée, remonte à 2003, quand des données spectroscopiques de la sonde européenne Mars Express sont analysées. À l’époque, l’affaire fait grand bruit, car ce gaz est connu sur Terre comme étant produit par le vivant. En trouver sur Mars peut donc signifier qu’il y a une forme de vie sur la planète rouge. Pourtant, il existe aussi un autre processus, géologique, pour former du méthane, comme l’explique Olivier Mousis, du Laboratoire d’astrophysique de Marseille : « Quand de l’eau liquide rencontre des roches contenant des carbonates, de l’hydrogène et du carbone sont relâchés. Ils s’associent pour faire du méthane. »

Des détections contestées

Mais en 2003, la détection de Mars Express se fait aux limites de la sensibilité de l’instrument et certains scientifiques ne la considèrent pas comme acquise. Quelques années plus tard, en 2009, des observations menées avec le télescope de 8 m Gemini, indiquent, elles aussi, la présence de méthane sur Mars. Mais là encore, le résultat est jugé trop ténu et ne convainc pas l’ensemble des astronomes. Surtout, il laisse perplexes ceux qui sont prêts à admettre l’hypothèse.

En 2012, le rover Curiosity débarque à la surface de Mars. Et il dispose d’un instrument, SAM, qui peut renifler l’air ambiant et y rechercher les traces de nombreux gaz. Et en 2013, un premier verdict tombe : il n’y a pas de méthane sur Mars !

Confirmation d’un mystère

En 2014, revirement de situation : les instruments de Curiosity ont bien quelque chose. Ils ont mis en évidence la présence de méthane dans l’atmosphère de Mars, mais en infimes proportions (on parle de moins d’une partie par milliard). Et, plus surprenant encore, sur une période de deux mois, le rover a décelé une brusque augmentation de cette quantité : il s’est mis à y avoir dix fois plus de méthane qu’auparavant. Puis, ce niveau est redescendu…

« Ces valeurs élevées sont d’autant plus étonnantes qu’elles ne sont pas des artefacts, indique François Forget, spécialiste de Mars au Laboratoire de météorologie dynamique, à Paris. En effet, s’il y a des bouffées de méthane, il faut une source importante pour ce gaz. Si c’est biologique, c’est extraordinaire. Mais si c’est géologique, c’est incroyable. »  

Le scientifique précise : « Pour avoir une bouffée, il faut une source importante en un temps limité et il faut aussi que le méthane soit ensuite détruit rapidement, ce qui pour l’instant, est inexplicable. » Or, aucune sonde en orbite autour de la planète ou en train d’arpenter sa surface aride n’a observé le moindre indice d’une activité importante ; épiée sous toutes les coutures depuis des décennies, Mars n’a montré aucune émanation, aucune éruption, alors que dans le même temps, des éboulements de roches, des chutes de météorites et des tornades ont été vues en nombre.

Les nouvelles mesures de Curiosity

Le nouveau résultat issu des mesures de Curiosity depuis près de six ans vient compléter ce tableau déjà bien étrange. « Ce que le rover a révélé depuis 2012, c’est la valeur de fond du méthane, la quantité de méthane qu’il y a en permanence dans l’atmosphère martienne. Celle-ci oscille entre 0,2 et 0,7 partie par milliard », précise François Forget. Par comparaison, sur Terre, cette proportion est mille fois plus importante (1,7 partie par million). « C’est même assez surprenant qu’il n’y ait qu’un facteur mille entre les deux planètes », commente Olivier Mousis. En effet, la Terre est bien plus grosse, envahie par la vie et assez active sur le plan géologique, alors que Mars est une petite planète, où, s’il y a de la vie, celle-ci reste cantonnée à quelques niches en sous-sol et sans activité volcanique actuelle (au sens où aucune sonde n’a vu de panache de fumée). La sonde Insight, qui arrivera sur Mars à l’automne, précisera peut-être, grâce à son sismomètre, s’il y a des séismes.

La saison du méthane

Le plus étonnant dans le résultat de Curiosity, c’est l’observation d’une variation saisonnière de la quantité de méthane. Celle-ci atteint son maximum lors de l’été boréal et est précédée par un minimum lors du printemps. François Forget rappelle : « Nous avions prévu cela dans nos modèles par la variation de la quantité de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère. » Car lors de l’été austral, la sublimation de la calotte polaire Sud, en grande partie composée de CO2, enrichit l’atmosphère par ce gaz, ce qui peut induire un changement des proportions entre les différents composants, dont le méthane. Toutefois, le chercheur prévient : « Mais l’amplitude qui est observée est bien plus forte. »

Conclusion, hors des bouffées éphémères, qui ne surviennent que de temps en temps, il y a bien émission de méthane de manière saisonnière. Reste à trouver comment.

Les météorites, fausse bonne solution

L’une des sources possibles de méthane pourrait être les matériaux organiques apportés en surface par la chute incessante de météorites. Ces dernières, chauffées par les rayons ultraviolets du Soleil en été, relâcheraient du méthane. Mais on s’attendrait alors que la quantité mesurée reste constante. L’existence d’un cycle est plutôt étonnante.

Hypothèses pour l’origine et la disparition du méthane martien.
Plusieurs origines ont été envisagées pour la formation du méthane sur Mars : dans le sous-sol, qu’il s’agisse d’une origine biologique ou non,
ou encore en surface, par exemple par l’action des ultraviolets sur des poussières cométaires. Sa concentration dans l’atmosphère baisserait ensuite 
s’il est dispersé par le vent ou détruit par des réactions photochimiques. © Nasa/JPL-Caltech/SAM-GSFC/Univ. of Michigan

Qu’il soit d’origine biologique ou géologique, le méthane pourrait plus probablement se former en sous-sol. Olivier Mousis explique : « S’il existe des bactéries dans des sources hydrothermales en profondeur, lorsqu’elles pourrissent, elles libèrent du méthane. Également, à une certaine profondeur, de l’ordre de quelques centaines de mètres, la pression peut être suffisante pour que de l’eau soit liquide, y compris à -2°C. Cette eau, par contact avec des roches, va alors produire du méthane par un processus qu’on appelle la serpentinisation.

Piégé dans la glace

Dans les deux cas, le méthane va remonter vers la surface et rencontrer de l’eau, cette fois sous forme de glace. Or, cette glace va emprisonner le méthane [NDLR : dans des structures que l’on appelle des clathrates] et elle ne le relâchera que si elle est déstabilisée. »

Justement, le processus qui peut permettre à la glace de libérer le méthane, c’est la variation saisonnière de la température. À une certaine profondeur, les différences diurnes ne sont pas perceptibles. En revanche, l’installation de températures « estivales » peut entraîner une libération saisonnière du méthane.

Il n’y a pas que la glace qui peut stocker du méthane. « Il y a la zéolithe, indique Olivier Mousis. C’est une roche très poreuse connue par tout le monde, car c’est celle des litières pour chats. Tout simplement parce qu’elle absorbe très bien. Elle se forme dans des régions volcaniques. Il y en a sur Mars. Et des mesures spectroscopiques menées en infrarouge depuis l’espace ont donné des résultats qui font suspecter sa présence près de la surface dans certaines régions. »

La zéolithe a une capacité de piégeage du méthane qui équivaut celle de la glace. « En outre, elle est plus stable, poursuit Olivier Mousis. Cela permet de conserver le méthane pendant des millions d’années. » Et comme la glace, cette roche est très sensible aux variations de température, surtout si elle est proche de la surface.

GTO reprend l’affaire

En résumé, il y a du méthane sur Mars, mais on ne sait ni comment il est produit, ni où, ni comment il est détruit. Car s’il y a une augmentation saisonnière, il faut expliquer sa relative disparition ensuite. L’action des rayons solaires ne peut se montrer aussi efficace sur des durées aussi courtes.

Par chance, les astronomes disposent d’une nouvelle enquêtrice : la sonde européenne Gas Trace Orbiter (GTO), qui a commencé sa mission depuis le 21 avril 2018. Son spectromètre va profiter du filtrage de la lumière solaire par l’atmosphère pour en déterminer avec précision la composition. « GTO fonctionne bien et nous aurons les premiers résultats début juillet. Elle peut réaliser 24 profils par jour, en différents endroits de la planète, ce qui, en quelques semaines, peut donner une véritable cartographie », annonce François Forget.

Si GTO ne va pas résoudre l’énigme tout de suite, ses mesures seront en revanche sans ambiguïté. Et avec sa capacité à cartographier le méthane en des temps assez courts, peut-être permettra-t-elle de savoir si ce gaz est émis sur l’ensemble de la planète ou en certaines régions. Ce qui serait déjà une belle avancée.

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