3 Octobre 2011

2008 : des traces de vie dans une météorite pourraient résister à une entrée atmosphérique

En 2008, l'ESA crée une météorite artificielle, STONE 6, et lui fait subir une rentrée atmosphérique.
Météorite

50 ans de résultats scientifiques

2008 : des traces de vie dans une météorite pourraient résister à une entrée atmosphérique.

L'objectif : tester la capacité de détecter des traces fossiles éventuelles, présentes dans des roches sédimentaires et soumises aux conditions de température et aux chocs d'une entrée atmosphérique. La survie de micro-organismes endolithiques (vivants à l’état naturel à l’intérieur des roches) a aussi été testée par la même occasion.

La tectonique des plaques efface les traces

La recherche de l’origine de la vie sur Terre et des traces de ses débuts est difficile. En effet, les roches qui ont été formées pendant le premier milliard d’années qui à suivi la formation de la Terre, il y a environ 4,6 milliards d’années, ont disparu ou ont été profondément modifiées par la tectonique des plaques.

Les roches les plus anciennes dans lesquelles des traces de vie ont été découvertes sous forme de microfossiles (des éléments en silices, qui ont la forme et la taille de bactéries modernes) sont âgées de 3,3 à 3,5 milliards d’années.

Cette présence montre que des micro-organismes ont pu se développer et vivre dans des zones littorales, avec des eaux peu profondes et dans des conditions d’environnement très éloignées de celles que nous connaissons actuellement.

Les eaux océaniques étaient très chaudes et riches en sel, l’atmosphère ne contenait pratiquement pas d’oxygène et le flux de rayonnement ultraviolet était très élevé.

La piste martienne

Des conditions semblables existaient aussi sur notre voisine, la planète Mars qui possédait des mêmes ingrédients que la Terre. De nombreux scientifiques pensent que la vie ou les premiers éléments qui y conduisent ont donc pu s’y développer aussi.

Mars a connu, par la suite, une évolution très différente de celle de la Terre. Les roches très anciennes y sont abondantes et elles pourraient garder la trace des premiers stades de la vie qui aurait pu apparaître. Les études in situ, sont déjà en cours avec les véhicules envoyés par la NASA et bientôt par l’Europe.  Rapporter des échantillons judicieusement choisis serait aussi une source importante d’information.

En attendant ce retour d'échantillons, les scientifiques disposent sur terre d’un petit groupe de météorites d’origine martienne. Ce groupe dénommé SNC d’après les noms des premières météorites trouvées (Shergottite, Naklite, Chassignite) comporte maintenant 52 pièces.

 

Ce sont des échantillons de roches basaltiques, produites par une activité volcanique et dans lesquelles il y a peu de chance de trouver des traces de vie. Les scientifiques pensent que des roches sédimentaires auraient aussi pu être expulsées de Mars lors d’impacts importants et se retrouver sur Terre sous forme de météorites.

Une météorite artificielle

L’expérience Stone 6 a donc été conçue pour tester la capacité des roches sédimentaires analogues à des sédiments martiens, à résister à ce type d’entrée atmosphérique.

Des échantillons de roches ont été fixés sur la protection thermique d’un vaisseau Foton au point qui s’échauffe le plus lors de la rentrée atmosphérique.

Une roche provenant de la région de Pilbara en Australie (Kity’s Gap Chert), contenant des fossiles de micro-organismes, sphériques (coccoïdes) ou filamenteux, datant de 3,3 milliards d’années a été choisie.

Trop friable pour être découpée et « sculptée » à la forme désirée, elle a été broyée grossièrement, et la poudre obtenue, contenant des grains d’environ 3mm a été mélangée à un ciment particulier pour être moulée afin d’obtenir un échantillon de 2 centimètres d’épaisseur et d’une forme adaptée (voir ci-contre).

Avant sa fixation sur le vaisseau Foton, l’arrière de l’échantillon a été badigeonné avec une suspension de Chroococcidiopsis, une cyanobactérie. Cette bactérie possède une chlorophylle, le pigment vert présent dans la plupart des plantes. La capsule Foton a été lancée de Baïkonour (Kazakhstan) le 14 septembre 2007 et récupérée le 26 septembre après 12 jours de vol.

La protection thermique s’est échauffée pendant la rentrée atmosphérique jusqu’à une température proche de 2000°C.

Une météorite blanche

Deux des trois échantillons préparés pour l’expérience ont été récupérés, conditionnés et étudiés dans les laboratoires européens participant à l’expérience. L’analyse visuelle d’une coupe verticale montre une croûte de fusion, vitreuse, d’environ 0,8mm très blanche et brillante, dessous une couche hétérogène de couleur crème démontre une altération par la chaleur enfin sur environ 5mm, le ciment est noirci par la chaleur mais les morceaux de roches n’ont pratiquement pas changé de couleur (voir ci-dessus).

Les multiples analyses microscopiques et spectrographiques quantifient les modifications observées et délimitent les plages de températures atteintes par les différentes zones de l’échantillon. La surface des échantillons montre donc des modifications de structure facilement identifiables, les microfossiles sont reconnaissables à environ 7,5mm de la surface exposée mais les cyanobactéries déposées à l‘arrière des pierres artificielles ont été carbonisées (voir ci-contre).

Les microfossiles ont été préservés, pas les cyanobactéries

Des roches sédimentaires peuvent donc résister à une entrée atmosphérique avec une vitesse initiale d’environ 7 km/s. Les altérations provoquées sont assez faciles à caractériser par la minéralogie et les traces éventuelles de microfossiles sont préservées à environ 7,5 mm de la surface. Par contre les cyanobactéries vivantes sont carbonisées à environ 1,5 cm de la surface. L’échantillon perd environ 1 cm de matière par ablation.

Des météorites ne peuvent donc pas transporter des organismes photosynthétiques même s’ils étaient inclus dans une roche comme cela existe sur Terre. En effet certains micro-organismes peuvent vivre jusqu’à 5 mm sous la surface d’une roche tout en utilisant la photosynthèse (organismes photo-endolithiques). L’expérience montre que la température est d’autant moins élevée que la zone est plus éloignée de la surface. Avec cette expérience, il a été calculé qu’elle pourrait atteindre 113° C à environ 5 cm de la surface. Cette température est compatible avec la survie de bactéries endolithiques qui tirent leur énergie de réactions chimiques sans mise en jeu de la lumière (bactéries chémo-endolithiques). Sur Terre de telles espèces ont été retrouvées à des profondeurs de plusieurs milliers de mètres de profondeur.

Les météorites entrent dans l’atmosphère avec une vitesse supérieure. L’élévation de la température de surface est probablement plus forte mais dure moins longtemps. Et les ordres de grandeur des températures atteintes et des quantités de matière ablatées sont représentatifs. Si cette expérience montre que les microfossiles peuvent rester reconnaissables après une entrée atmosphérique, elle ne dit rien quant à la possibilité de résister à l’impact puissant qui enverrait une telle roche martienne dans l’espace. Un premier calcul montre que lors de l’impact l’élévation de température peut atteindre 10 000° C. Cependant des simulations montrent qu’un impact produisant un cratère de 50 km de diamètre sur Mars peut projeter des blocs de roches de 22 m de diamètre en les dotant d’une vitesse suffisante pour qu’ils échappent à l’attraction martienne.

Des échanges de matières ont bien eu lieu entre la Terre et Mars et des météorites martiennes ont pu arriver sur Terre. Des roches sédimentaires auraient-elles transporté certains micro-organismes vivants qu’ils auraient pu atteindre notre planète. Contiendraient-elles des traces de micro-organismes fossiles qu’ils seraient encore reconnaissables. Les météorites sédimentaires seraient cependant difficiles à distinguer des roches terrestres car elles ont une surface blanche et non, comme la plupart des météorites, des traces d’échauffement qui les noircissent.

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