Alors que la sonde européenne Juice est déjà en route, la NASA se prépare à lancer en octobre son propre engin, Europa Clipper. Ces deux missions ont pour objectif de caractériser les océans intérieurs des lunes de Jupiter, notamment Europe, et de Saturne. Et de tenter d’établir si elles pourraient constituer des environnements favorables au maintien d’une forme de vie…
C’est un phénomène géophysique qui fait rêver les scénaristes de science-fiction, gamberger les astrophysiciens et turbiner les agences spatiales. Certains satellites naturels de Jupiter et de Saturne maintiennent sous leur surface de glace des océans, aux volumes surpassant, parfois de plus du double, celui… de toutes les eaux terrestres réunies !
De quoi aiguillonner la NASA pour s’assurer d’un départ sans trop de retard de sa mission Europa Clipper, prévu à partir du 10 octobre 2024. C’est la condition pour espérer atteindre Europe, une des lunes de Jupiter, au printemps 2031, avant l’arrivée de la sonde Juice (l’acronyme de Jupiter Icy Moons Explorer, « l’explorateur des lunes glacées de Jupiter »), sa concurrente de l’Agence spatiale européenne (ESA) ; lancée en avril 2023 depuis la base de Kourou (Guyane), cette dernière est déjà en route. Effectuant sa traversée du Système solaire par un trajet moins direct que celui prévu par le vaisseau américain, Juice ne devrait parvenir en vue du corps céleste qu’en juillet 2032. En principe trop tard pour gagner le duel à distance.
Cette course est surtout symbolique. Réussir à se jouer des dangereuses ceintures de radiations de Jupiter pour survoler Europe est une prouesse technologique que, de part et d’autre, les équipes voudraient légitimement faire connaître. Au bout du compte, elles effectueront un travail complémentaire et seront tenues de collaborer dans cette aventure, tout entière dévolue à l’étude de ces océans cachés du Système
solaire.
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En braquant leurs batteries d’instruments sur les lunes Europe, Ganymède et Callisto, les sondes Europa Clipper et Juice (qui doit aussi observer Jupiter) doivent caractériser deux de ces étendues liquides (ou peut-être trois), et tenter d’établir si elles pourraient constituer des environnements favorables au maintien d’une forme de vie… qui tirerait sa subsistance de l’exploitation des ressources minérales. Elle aurait parcouru tout le chemin de l’évolution sans avoir jamais été exposée à la lumière, en étant limitée en matière d’horizon aux parois internes d’une sorte d’aquarium géant formé par la coquille de glace encapsulant son monde.
Des océans potentiellement habitables dissimulés dans des satellites glacés aux températures extérieures frôlant les – 150 °C ? Il était temps de confronter cette vieille lune à l’épreuve des faits. A être rabâchée, sans jamais être alimentée d’indices autrement qu’au goutte-à-goutte, celle-ci risquait la dessiccation.
Premiers soupçons
Tout commence en 1979 avec les premiers soupçons d’une activité tectonique sur Europe. Cette année-là, les sondes Voyager 1 et Voyager 2 envoient les premières images de ce gros satellite. Et ce qu’elles révèlent de l’état de la surface stupéfie les astronomes. Presque privée de relief, celle-ci est lisse comme celle d’aucun autre objet du Système solaire. Et elle est, contre toute attente, constituée de terrains jeunes, peu pourvus en cratères, âgés de 40 millions à 90 millions d’années seulement. Un peu partout, des craquelures et des rayures semblables à celles des banquises terrestres strient cette croûte, indiquant un renouvellement de sa glace par des mouvements internes amorcés à la base de la calotte.
Europe étant dépourvue de continents, les chercheurs concluent à l’existence, à ces niveaux inférieurs, d’une couche de glace chaude ou… d’eau à l’état liquide. Seize ans plus tard, les données récoltées par la mission Galileo confortent en partie cette hypothèse. A chaque passage au-dessus d’Europe, cette autre sonde de la NASA détecte des perturbations du champ magnétique de Jupiter associées à la présence d’un fluide conducteur à quelques kilomètres ou dizaines de kilomètres en dessous de la croûte : vraisemblablement de l’eau salée à l’état liquide. Donc, un océan !
Les calculs montreront que ce dernier pourrait atteindre 100 kilomètres de profondeur, être directement au contact avec le noyau rocheux de cette lune qu’il envelopperait entièrement. De plus, il se vidangerait parfois d’une partie de son contenu en surface. C’est du moins ce que suggèrent les concentrations en dioxyde de carbone des régions chaotiques, les dépôts de sel identifiés à proximité des failles et les structures circulaires et elliptiques possiblement associées à des remontées de glace ou à des émissions de vapeur d’eau. Celles-ci semblent sporadiques puisque le télescope spatial Hubble les a observées en 2015 mais pas son successeur, le James-Webb, qui s’y est attelé en 2024.
Depuis, quatre autres lunes de ces lointaines provinces du Système solaire se sont révélées dotées d’océans. Ganymède, également autour de Jupiter, et trois satellites de Saturne, Encelade, Titan et Minas.
A ces distances du Soleil, entre cinq et dix fois plus loin en moyenne que la Terre, on peut se demander pour quelle raison ces lunes ne sont pas totalement gelées. « Cela dépend à la fois de leur taille et de leur orbite, résume Gabriel Tobie, directeur de recherche CNRS au Laboratoire de planétologie et géosciences, à Nantes. Les plus gros de ces corps célestes conservent leurs réservoirs d’eau liquide en emmagasinant l’énergie géothermique fournie par la désintégration des éléments radioactifs contenus dans leurs cœurs rocheux. Les autres profitent des forces de marées. »
Un satellite soumis à l’attraction d’une planète géante subit, en effet, des déformations et des frictions qui le réchauffent. Plus l’ellipse qu’il décrit est étirée, plus l’effet est important, permettant à des objets, même minuscules, de fondre leur glace et de conserver d’importantes enveloppes marines.
De la glace à haute pression
Il en résulte une variété d’océans, selon les caractéristiques de chaque astre, que les astronomes étaient loin d’imaginer. On y trouve les deux géants endormis de Titan et de Ganymède, grondant depuis des milliards d’années sous des épaisseurs de croûte de plus de 100 kilomètres. Conséquence d’un tel couvercle, leurs fonds se sont recouverts d’une forme particulière de glace à haute pression. L’océan suractif d’Encelade, qui occupe 40 % du volume total de sa minuscule lune, a fini par percer la surface pour produire un gigantesque panache, observé, entre 2005 et 2017, par la sonde Cassini.
Le nouveau-né, âgé de 5 millions à 15 millions d’années à peine, et dernier découvert, se trouve sur Minas. Il est si bien caché sous son antique calotte que le groupe de spécialistes de la mécanique céleste, qu’anime l’astronome Valery Lainey à l’Observatoire de Paris-PSL, a consacré une décennie entière à sa traque pour le débusquer enfin, en février 2024. Cet inventaire des océans serait incomplet sans celui, hybride, d’Europe, qui mélange plusieurs particularités de ses congénères.
La grande quête de l’eau a désormais en ligne de mire une petite dizaine de cibles potentielles identifiées sur Callisto, Triton, Pluton, Eris, Sedna et divers autres satellites, planètes naines ou objets transneptuniens…
Ces océans sont-ils habitables par une vie ? Bien malin qui saurait le dire. Certes, rappelle l’astrophysicienne Thérèse Encrenaz (Observatoire de Paris-PSL), qui a consacré l’un de ses ouvrages (A la recherche de l’eau dans l’Univers, Belin, 2004) à la molécule de H2O, « l’eau est le meilleur de tous les solvants ». Sa présence est utile à la dissociation des molécules en ions et à la mise en œuvre des réactions chimiques y compris biologiques. Nul n’oserait non plus contester le fait qu’elle ait joué un rôle essentiel dans l’apparition de la vie sur Terre en piégeant le gaz carbonique de l’atmosphère dans les abysses sous forme de carbonate de calcium.
La découverte des océans de lunes glacées a démenti, chiffres à l’appui, le dogme voulant que le fluide sous sa version liquide soit rare dans le Système solaire et presque exclusivement concentré dans les régions tempérées – ni trop rapprochées, ni trop éloignées du Soleil – fréquentées par Vénus, la Terre et Mars.
Mais, d’évidence, un lavage intensif ne fait pas d’une cavité souterraine sombre et humide une pouponnière. Et cela même en comptant sur des milliards d’années et avec l’apport de sources d’énergie alternatives au rayonnement solaire.
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Toute cette pureté cristalline pourrait très bien être stérile. Du moins si l’on devait négliger les puissants mécanismes à l’œuvre sur Encelade. Ce petit satellite de Saturne – de 500 kilomètres de diamètre à peine – abrite sous une croûte de glace, épaisse de 2 kilomètres à 25 kilomètres selon les endroits, un colossal océan d’une soixantaine de kilomètres de profondeur. Et émet, depuis des fractures de son pôle Sud, un panache de vapeur d’eau dans lequel la sonde Cassini de la NASA a détecté des traces de gaz carbonique, d’ammoniac, d’acide cyanhydrique et d’hydrogène moléculaire. De plusieurs centaines ou milliers de kilomètres de hauteur, ce formidable geyser – le plus grand jamais observé dans le Système solaire – crache des particules d’une glace mêlée à des matières organiques, des poussières de silice et des sels. Certaines, mises en orbite, atteignent l’un des anneaux de Saturne (l’anneau E). D’autres retombent sur le sol sous forme d’une fine neige poudreuse. Et cela depuis dix millions d’années au moins, comme l’établiront les chercheurs en estimant la hauteur des congères ainsi formées.
Une sorte de mer Morte
Comment expliquer pareil phénomène ? Gabriel Tobie et ses collègues évoquent la force de marée exercée par Saturne. Selon eux, celles-ci ont fini par faire du noyau poreux d’Encelade un corps spongieux où de l’eau circule en permanence. Lessivant l’intérieur du manteau silicaté, favorisant des réactions chimiques et produisant des courants de fluides chauds ascendants. De quoi entretenir à la surface du socle rocheux de l’océan une activité hydrothermale comparable à celle observée sur les dorsales océaniques terrestres. Ce serait elle qui serait directement responsable des jets captés par Cassini.
Eau, chaleur, gaz et minéraux… La découverte, si elle devait être confirmée sur Encelade, est propre à susciter l’excitation. En effet, sur Terre, les champs hydrothermaux figurent depuis la fin des années 1970 parmi les cibles favorites des exobiologistes en raison de la richesse de leurs écosystèmes et des micro-organismes chimioautotrophes, c’est-à-dire tirant leur subsistance des minéraux sans l’aide de la lumière.
La chimie du sous-sol qui leur est associée pourrait-elle avoir contribué à faire des mers lunaires des habitats ? Encore faudrait-il que l’observation réalisée sur Encelade soit généralisable à d’autres objets. Ce qui n’est pas certain. « Un océan comme celui de Ganymède, profond de 100 kilomètres à 150 kilomètres, est maintenu sur son fond à des pressions cinq fois supérieures à celle de la fosse des Mariannes [la fosse océanique la plus profonde sur Terre située dans la partie nord-ouest du Pacifique], et il est pris en sandwich entre deux couches de glace, explique Gabriel Tobie. Cela pourrait limiter ses échanges non seulement avec le socle rocheux, mais également avec la surface [de la lune], dont il est séparé de 100 kilomètres et qu’il n’a pas remodelée à des périodes récentes : les images des sondes spatiales montrent des terrains anciens, vieux de plus de un milliard d’années, creusés de nombreux cratères… »
Après avoir été si longtemps confinées, les eaux de cette énorme lune, plus grosse que la planète Mercure et connue pour être la seule à disposer d’un champ magnétique – qui sera étudié par Juice –, se sont peut-être chargées en sels pour former une sorte de mer Morte. Une hypothèse valable pour d’autres objets imposants comme Titan, dont l’océan, probablement enrichi en ammoniac, pourrait être fait d’un violent antigel fortement déconseillé à la baignade.
Il n’est pas dit, en dépit de théories alternatives qui existent, que, même en fonctionnant à plein régime sur de longues périodes, ces cheminées hydrothermales soient en mesure de fabriquer toute la panoplie des éléments nécessaires à la construction d’un être vivant. « Les molécules organiques, abondantes dans le milieu interstellaire mais peu présentes dans les intérieurs planétaires, pourraient notamment faire défaut », estime la spécialiste de Titan, Athéna Coustenis, directrice de recherche CNRS à l’Observatoire de Paris-PSL à Meudon.
D’où l’idée que certains composés aient pu, comme cela a dû se produire sur Terre, avoir été apportés de l’extérieur, à la suite de chutes de météorites dont les éléments auraient été transférés jusqu’aux océans par des fractures ou le mouvement des glaces ; ou après leur synthèse en surface. Ce qui n’est pas impossible, estime la spécialiste des comètes du Système solaire, Dominique Bockelée-Morvan, directrice de recherche CNRS à l’Observatoire de Paris-PSL. « Récemment, le télescope spatial James-Webb et la sonde Juno de la NASA ont, tous deux, établi que les calottes de Ganymède et d’Europe s’érodent sous l’effet du bombardement de particules chargées produit par les ceintures de radiations de Jupiter. Des réactions de radiolyse surviennent et transforment la glace du sol en peroxyde d’hydrogène (H202) et, au moins pour la seconde de ces lunes, en oxygène. » De l’ordre de 1 000 tonnes par jour. De quoi faire respirer quotidiennement un million de personnes !
D’autres hypothèses ont été proposées. Notamment celle qu’ira explorer, sur Titan, la mission Dragonfly de la NASA, dont le lancement est prévu à la mi-2028. Ce drone volant de 850 kilos et de 3,5 mètres d’envergure, équipé de huit rotors et alimenté par une pile nucléaire, doit atterrir en décembre 2034 dans une région équatoriale du satellite, occupée par des dunes. Puis, rejoindre, en trois ans et demi, à 150 kilomètres de là, un cratère de 80 kilomètres de diamètre, par un vol comprenant une vingtaine d’étapes. « L’objectif est de rechercher des traces de biomolécules dans les éjectas », explique Caroline Freissinet, chercheuse CNRS au Latmos et coordinatrice des équipes françaises impliquées dans la construction du spectromètre de masse DraMS (Dragonfly Mass Spectrometer), avec des financements du Centre national d’études spatiales (CNES), qui servira à peser et à identifier sur place les échantillons.
Une éventuelle activité cryovolcanique
La haute atmosphère de Titan produit des composés organiques qui se déposent sur le sol sous forme d’aérosols. Mais, les basses températures (– 179 °C) et la faible exposition au Soleil font que cette chimie fonctionne au ralenti.
Mises en solution dans de l’eau liquide, ces poussières pourraient-elles réagir et former des molécules plus complexes d’ordre « prébiotiques », c’est-à-dire proches de celles qui ont présidé à l’apparition de la vie sur Terre ? C’est cette hypothèse qu’est chargé de vérifier Dragonfly en analysant les dépôts du cratère Selk. « Ce dernier fut creusé dans la glace par la chute d’une météorite dont l’impact a liquéfié une partie de la calotte, explique Alice Le Gall, chercheuse enseignante au Latmos impliquée dans la mise au point de la station géophysique et météorologique DraGMet. Cela a créé un lac où des processus chimiques ont pu être actifs. Les calculs montrent que cette nappe a perduré plusieurs centaines ou milliers d’années avant de geler totalement ou de se disperser sous forme de poches d’eau liquide piégées dans la croûte. Il n’est d’ailleurs pas exclu que ces dernières aient drainé du matériel jusqu’à l’océan interne de Titan. » A quelle profondeur ? Dragonfly essaiera de le préciser. Tout comme il tentera d’établir si une éventuelle activité cryovolcanique peut parfois mettre en communication cette mer intérieure avec la surface. Mais… pas avant 2037. On n’y est pas.
D’ici là, les sondes Europa Clipper et Juice seront presque arrivées au bout de leurs missions. La première en ayant réalisé ses quarante-neuf survols d’Europe dont certains à moins de 25 kilomètres d’altitude. La seconde après s’en être approchée deux fois, avoir visité vingt et une fois Callisto et s’être placée en orbite autour de Ganymède.
Les astronomes fondent de grands espoirs sur les deux dizaines d’instruments de bord dont certains – radar pénétrant de glace, analyseur de poussières éjectées dans l’espace et altimètre laser – sont inédits. Ils comptent être en mesure de caractériser les océans intérieurs de ces mondes. Mais, surtout, obtenir des informations sur leurs échanges avec le sous-sol et la surface (enfin entièrement cartographiée), voire accéder par l’étude d’éventuels panaches à une partie de leurs compositions. Peut-être même s’apprêteront-ils à rendre un verdict sur l’aptitude de ces espaces maritimes à préserver des espèces aquatiques. Caressant sans doute l’espoir d’aller un jour y faire un tour pour pêcher poissons de lune et extraterrestres marins. Ce n’est pas pour demain. Mais la course à l’info, elle, a commencé.
Trouver de l’eau sur les exoplanètes… un rêve encore inaccessible
Il faudra patienter longtemps avant de savoir si les exoplanètes, ou planètes extrasolaires, possèdent des océans. Car, sur ce point, les choses sont claires, « aucun instrument n’est en mesure de détecter la présence d’eau liquide sur des mondes aussi éloignés », explique Franck Selsis, directeur de recherche CNRS au Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux. Tout au plus parviendra-t-on, peut-être un jour, à mettre au point des télescopes suffisamment puissants pour capter la lumière des étoiles réfléchie par des mers… Or, aucun instrument de ce genre n’est au programme.
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D’ici là, il faudra se contenter d’indices. Et là, les choses se compliquent. Car pour espérer déduire qu’une planète contient des quantités appréciables d’eau liquide, il faut pouvoir réunir un maximum de renseignements (masse, taille, orbite, température, ensoleillement, caractéristiques et composition de l’atmosphère) pour tester les modèles… Or, chaque information récoltée se paye au prix fort, rappelle Alain Lecavelier des Etangs, directeur de recherche CNRS à l’Institut d’astrophysique de Paris. « Tout le monde voudrait savoir si des exoterres sont susceptibles d’abriter des océans ou une forme de vie. Malheureusement, explique-t-il, ces planètes d’une taille et d’une masse proches de celle de la Terre n’ont pour l’instant été détectées qu’autour de petites étoiles naines qui se sont avérées très actives. Cela pose des problèmes aux équipes qui les observent, à l’aide du télescope spatial James Webb, notamment dans le système “Trappist 1”, célèbre pour en posséder sept. »
Des théories prédisent l’existence de « planètes océans » d’une masse cinq à dix fois supérieure à la nôtre, à même, sous certaines conditions, de conserver 50 % d’eau. Mais ces versions liquéfiées de « Super Terre » ou de « Mini-Neptune » n’existent que sur le papier. La dernière annonce de ce genre, relative à un astre dénommé K2-18b, fait débat, entre des annonces triomphales sur la signature de molécules carbonées repérées dans son atmosphère grâce au spectromètre du James Webb et les interprétations divergentes de ces mesures.
Article Du Monde (réservé aux abonnés qui vous est offert ici)
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