Encelade : comment détecter de possibles traces de vie dans les grains de glace

Saturne compte 146 lunes confirmées, davantage que toute autre planète du Système solaire. L’une d’elles, Encelade, se distingue : elle semble réunir les ingrédients nécessaires à la vie.

De 2004 à 2017, Cassini, mission menée conjointement par la NASA, l’Agence spatiale européenne et l’Agence spatiale italienne, a exploré Saturne, ses anneaux et ses lunes. Ses découvertes ont été spectaculaires. Sous sa croûte glacée, Encelade, dont le diamètre n’est que de 504 kilomètres, abrite un océan d’eau liquide qui s’étend sur toute la lune.

Au pôle Sud d’Encelade, des geysers projettent dans l’espace du gaz et des grains de glace issus de l’eau de cet océan.

Les ingénieurs de Cassini n’avaient pas prévu d’analyser les grains de glace émis par Encelade, mais ils avaient équipé la sonde d’un analyseur de poussières. En mesurant ces grains un par un, l’instrument a renseigné les chercheurs sur la composition de l’océan souterrain.

En tant que spécialiste des sciences planétaires et astrobiologiste étudiant les grains de glace d’Encelade, je cherche à savoir si la vie existe sur cette lune ou sur d’autres lunes glacées. Je souhaite également comprendre comment des scientifiques comme moi pourraient la détecter.

Les ingrédients de la vie sur Encelade

Comme les océans terrestres, celui d’Encelade contient du sel, principalement du chlorure de sodium, plus connu sous le nom de sel de table. Il renferme aussi divers composés à base de carbone. Un phénomène appelé chauffage par effet de marée produit par ailleurs de l’énergie à l’intérieur de la lune. L’eau liquide, la chimie du carbone et l’énergie sont autant d’ingrédients essentiels à la vie.

En 2023, d’autres scientifiques et moi avons découvert du phosphate, un autre composé favorable à la vie, dans des grains de glace provenant de l’océan d’Encelade. Cette forme de phosphore est indispensable à toute vie sur Terre : elle entre dans la composition de l’ADN, des membranes cellulaires et des os. C’était la première fois que des scientifiques détectaient ce composé dans un océan d’eau extraterrestre.

Le noyau rocheux d’Encelade interagit probablement avec l’eau de l’océan par l’intermédiaire de sources hydrothermales. Ces structures chaudes, semblables à des geysers, émergent du fond océanique. Les scientifiques estiment qu’un environnement similaire pourrait avoir vu naître la vie sur Terre.

Détecter une éventuelle vie sur Encelade

À ce jour, personne n’a jamais détecté de vie ailleurs que sur Terre. Les scientifiques s’accordent toutefois à considérer Encelade comme un lieu très prometteur pour en chercher. Mais comment procéder ?

Dans un article publié en mars 2024, mes collègues et moi avons présenté un essai en laboratoire destiné à déterminer si les analyseurs de poussières embarqués sur des sondes spatiales pourraient détecter et identifier des traces de vie dans les grains de glace émis.

Nous avons utilisé un dispositif terrestre pour reproduire la détection de ces grains par des analyseurs de poussières dans l’espace. Nous avons injecté dans le vide un minuscule jet d’eau contenant des cellules bactériennes. Le jet s’y est fragmenté en gouttelettes, chacune contenant théoriquement une cellule bactérienne.

Nous avons ensuite dirigé un laser sur chaque gouttelette, créant ainsi des ions chargés à partir de l’eau et des composés cellulaires. Nous les avons mesurés par une technique appelée spectrométrie de masse. Ces mesures nous ont permis de prévoir ce que les analyseurs de poussières d’une sonde devraient détecter s’ils rencontraient une cellule bactérienne dans un grain de glace.

Nos résultats indiquent que ces instruments identifieraient efficacement la matière cellulaire. Ceux conçus pour analyser les grains de glace individuellement devraient pouvoir reconnaître des cellules bactériennes, même lorsqu’un grain de glace provenant d’un geyser semblable à ceux d’Encelade ne contient que 0,01 % des constituants d’une seule cellule.

Les analyseurs pourraient détecter plusieurs signatures potentielles de matière cellulaire, notamment des acides aminés et des acides gras. Les acides aminés détectés correspondent soit à des fragments de protéines de la cellule, soit à des métabolites, de petites molécules qui participent aux réactions chimiques en son sein. Les acides gras sont, quant à eux, des fragments des lipides qui constituent les membranes cellulaires.

Pour nos expériences, nous avons utilisé une bactérie nommée Sphingopyxis alaskensis. Les cellules de cette culture sont extrêmement petites, de taille comparable à celles qui pourraient tenir dans les grains de glace émis par Encelade. Outre leur petite taille, elles apprécient les milieux froids et n’ont besoin que de peu de nutriments pour survivre et se développer. Elles ressemblent ainsi à ce que serait probablement une forme de vie adaptée aux conditions de l’océan d’Encelade.

L’analyseur de poussières de Cassini ne disposait pas des capacités nécessaires pour identifier de la matière cellulaire dans les grains de glace. Des scientifiques conçoivent cependant déjà des instruments bien plus performants en vue de possibles missions vers Encelade. Les résultats de nos expériences contribueront à leur planification et à leur conception.

Les futures missions vers Encelade et Europe

Encelade figure parmi les principales cibles des futures missions de la NASA et de l’Agence spatiale européenne. En 2022, la NASA a annoncé qu’une mission vers Encelade occupait le deuxième rang de ses priorités pour ses prochaines grandes missions, derrière une mission vers Uranus.

L’agence européenne a récemment annoncé qu’Encelade était la cible prioritaire de sa prochaine grande mission. Celle-ci embarquerait probablement un analyseur de poussières très performant pour étudier les grains de glace.

Encelade n’est pas la seule lune à posséder un océan d’eau liquide. Europe, lune de Jupiter, possède elle aussi un océan qui s’étend sur toute la lune sous sa croûte glacée. Des grains de glace s’élèvent au-dessus de sa surface et, selon certains scientifiques, Europe pourrait même avoir des geysers semblables à ceux d’Encelade, qui projettent des grains dans l’espace. Nos recherches aideront aussi à étudier les grains de glace d’Europe.

La mission Europa Clipper de la NASA doit se rendre auprès d’Europe dans les années à venir. Son lancement est prévu en octobre 2024 et son arrivée auprès de Jupiter en avril 2030. L’un des deux spectromètres de masse de la sonde, l’analyseur de poussières de surface, est conçu pour analyser les grains de glace individuellement.

Notre étude montre que cet instrument pourra détecter d’infimes fractions d’une cellule bactérienne, même si elles ne sont présentes que dans quelques grains de glace émis.

Compte tenu des projets à court terme de ces agences spatiales et des résultats de notre étude, les perspectives offertes par de prochaines missions vers Encelade ou Europe sont extrêmement enthousiasmantes. Nous savons désormais qu’avec les instruments actuels et futurs, les scientifiques devraient pouvoir déterminer si la vie existe sur l’une ou l’autre de ces lunes.

Fabian Klenner, chercheur postdoctoral en sciences de la Terre et de l’espace, université de Washington

Cet article est republié depuis The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.