Le rover Curiosity de la NASA a détecté plus de 20 molécules organiques dans des roches martiennes vieilles de 3,5 milliards d'années, grâce à une expérience de thermochemolyse inédite. Les résultats ont été publiés ce 21 avril.
C'est une étape majeure dans la recherche de matière organique sur Mars. Pour la première fois dans l'histoire de l'exploration spatiale, une technique de thermochemolyse a été utilisée directement sur une autre planète. L'instrument SAM, à bord du rover Curiosity, a analysé un échantillon prélevé dans le cratère Gale et identifié une diversité inattendue de molécules organiques, aromatiques, composés soufrés et possibles N-hétérocycles. Une découverte qui relance le débat sur la préservation de la matière organique sur Mars et son origine, et plus largement, sur la vie sur la planète rouge.
Le rover Curiosity tente pour la première fois la thermochemolyse sur la planète Mars, et ça marche
Le 3 mai 2021, soit au 2879e jour de sa mission sur Mars, Curiosity a foré une roche baptisée Mary Anning 3, dans la région de Glen Torridon, sur les premières pentes du mont Sharp au cœur du cratère Gale. L'échantillon prélevé a ensuite été plongé dans une coupelle scellée contenant du TMAH (hydroxyde de tétraméthylammonium), un puissant réactif alcalin qui, en se combinant à la chaleur, brise les liaisons chimiques des molécules organiques complexes pour les fragmenter en composés plus petits et enfin détectables.
En clair, le TMAH agit comme un solvant destructeur : sous l'effet de la chaleur, il casse les longues chaînes de molécules organiques et y accroche des groupes chimiques simples, un processus qu'on appelle hydrolyse et méthylation, pour transformer des composés autrement indétectables en fragments volatils, c'est-à-dire capables de se vaporiser. Ces vapeurs sont alors aspirées et triées par l'instrument SAM (Sample Analysis at Mars), qui les identifie molécule par molécule grâce à la chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). L'ensemble du processus s'effectue en chauffant progressivement le mélange jusqu'à 550 °C sous un flux d'hélium.
Jamais encore une thermochemolyse n'avait été tentée sur une autre planète. Les expériences SAM précédentes faisaient appel au MTBSTFA, un autre réactif chimique capable de révéler certaines molécules organiques, mais impuissant face à celles qui sont enfermées dans de grandes structures moléculaires verrouillées, comme prises dans un filet trop serré. C'est précisément là que le TMAH fait la différence. Plus agressif, il parvient à forcer ces structures et à en libérer le contenu. L'équipe menée par Amy J. Williams, de l'Université de Floride, espérait justement atteindre cette chimie organique plus profonde et plus ancienne, et elle n'a pas été déçue.
Des molécules soufrées, oxygénées et azotées que Curiosity n'avait jamais trouvées avant
Le bilan est, vous allez le voir, fascinant. Sur les sept molécules formellement identifiées, on trouve plusieurs dérivés aromatiques méthylés, donc des molécules à base de noyaux benzéniques auxquels sont accrochés des groupes carbonés simples : triméthylbenzène, tétraméthylbenzène, naphtalène, méthylnaphtalène, dihydronaphtalène et benzoate de méthyle. Mais c'est la confirmation du benzothiophène qui fait véritablement événement, car cette molécule soufrée, détectée simultanément sur les deux colonnes de chromatographie de SAM (ce qui écarte tout doute sur sa présence), est la première de cette famille chimique à être officiellement confirmée sur Mars.
Le benzoate de méthyle mérite aussi qu'on s'y attarde. Cette molécule n'apparaît que lorsque le TMAH réagit chimiquement avec de l'acide benzoïque présent dans l'échantillon. Elle est, en quelque sorte, la preuve par la chimie que le réactif a bien fait son travail. Sa détection confirme donc que SAM n'a pas remonté des résidus parasites ou des contaminants internes, mais des molécules réellement issues de la roche martienne, exactement comme les expériences en laboratoire l'avaient prédit.
Sur les trente signaux chimiques enregistrés au total par SAM, l'un d'eux intrigue particulièrement les chercheurs, car sa signature ressemble fortement à celle du diméthyl-indole, une molécule appartenant à la famille des N-hétérocycles, des composés organiques qui contiennent de l'azote dans leur structure en anneau. Ce détail n'est pas anodin : ces molécules sont des composants essentiels des acides nucléiques, l'ADN et l'ARN, qui constituent le support de l'information génétique de tout être vivant connu. Personne ne crie à la découverte de la vie pour autant, la prudence scientifique l'interdit, mais la piste est suffisamment sérieuse pour que les chercheurs la suivent de près.
3,5 milliards d'années dans la roche : ce que Mars a conservé malgré tout
Ce qui surprend peut-être le plus dans cette étude, c'est la résistance de ces molécules au temps. Enfouies dans des grès argileux depuis environ 3,5 milliards d'années (soit presque l'âge de la Terre elle-même), elles ont survécu à des milliards d'années de bombardement par les rayonnements cosmiques et aux immenses pressions géologiques qui ont reconfiguré la croûte martienne. Pour les auteurs de l'étude, c'est la preuve que des molécules organiques complexes peuvent se maintenir intactes dans le sous-sol de Mars sur des échelles de temps que l'esprit humain peine à concevoir.
La grande question reste entière, pourtant : d'où viennent ces composés ? Apportés par des météorites carbonées, comme la célèbre Murchison, chondrite carbonée de référence utilisée dans cette étude pour comparer les signatures chimiques ? Produits par des processus géochimiques abiotiques, comme la serpentinisation ? Ou, hypothèse que personne ne prononce à voix trop haute, d'origine biologique ? L'expérience ne peut pas trancher, mais elle confirme que le potentiel est bien là.
Ce premier test TMAH sur Mars n'est qu'un début. Une seconde expérience du même type est déjà prévue à bord de Curiosity, et le réactif a été embarqué sur deux autres missions spatiales : l'instrument MOMA, à bord du rover Rosalind Franklin qui doit explorer Mars à son tour, et DrAMS, à bord de Dragonfly, pour une mission de la NASA qui enverra un drone se poser sur Titan, la plus grande lune de Saturne, où des conditions chimiques proches de celles de la Terre primitive ont été détectées. La thermochemolyse est en train de devenir un outil standard de l'exploration du système solaire, et ses prochains résultats sont attendus avec impatience. Au-delà de la communication de la NASA, vous pouvez retrouver les riches résultats dans la revue en ligne Nature Communications.
