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Primitive chemistry in planetary atmospheres: From the upper atmosphere down to the surface

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La vie pourrait-elle émerger sur Titan?

Selon un projet européen, la chimie organique qui règne dans l’atmosphère de la plus grande lune de Saturne pourrait contenir tous les ingrédients nécessaires à l’émergence de la vie.

Espace

Avec une température de surface d’environ -200 °C, Titan ne semble pas être un endroit particulièrement hospitalier. Cependant, cette lune glacée en orbite autour de Saturne pourrait abriter les éléments constitutifs de la vie – et offrir un environnement propice à leur assemblage. Titan, qui fait deux fois la taille de notre Lune, présente des similitudes frappantes avec la Terre: son climat est caractérisé par un cycle de liquides avec des nuages et de la pluie, ainsi que des rivières, des lacs et des mers. Elle est également la seule lune connue à posséder une épaisse atmosphère. Le projet PRIMCHEM (Primitive chemistry in planetary atmospheres: From the upper atmosphere down to the surface), soutenu par le Conseil européen de la recherche (CER), a maintenant découvert que les interactions chimiques qui se produisent dans cette atmosphère pourraient favoriser l’émergence de la vie sur Titan. Les composés organiques, que l’on retrouve dans tous les organismes vivants, sont des molécules contenant généralement des atomes de carbone liés à des atomes d’hydrogène. Ils peuvent contenir un certain nombre d’autres éléments appelés hétéroatomes, notamment l’azote. L’azote constitue une part importante de la structure des protéines et des bases de l’ADN. «L’atmosphère de Titan est principalement constituée d’azote moléculaire et de méthane. Nous avons démontré qu’à haute altitude, l’azote est un moteur de la croissance organique et produit de grandes molécules», explique Nathalie Carrasco, chercheuse principale de PRIMCHEM et professeure de géosciences à l’Université de Versailles Saint-Quentin, qui accueille le projet. Titan dispose d’une atmosphère idéale pour explorer le scénario d’une origine atmosphérique de l’incorporation de l’azote dans les molécules prébiotiques, comme elle l’explique: «Les couches atmosphériques supérieures sont directement exposées aux rudes radiations UV solaires, déclenchant des réactions chimiques extrêmement efficaces.»

Potentiel organique

L’équipe a également découvert que les grandes molécules riches en azote produites à haute altitude continuent d’évoluer pendant leur descente dans l’atmosphère, générant un énorme potentiel organique à la surface de Titan. L’eau liquide, explique Nathalie Carrasco, constitue une autre condition préalable à la vie. «Titan abrite un océan d’eau profonde dans ses entrailles, et l’eau liquide peut être amenée à la surface par le biais du cryovolcanisme. Notre découverte de molécules atmosphériques riches en azote interagissant avec l’eau liquide à la surface de Titan laisse donc entrevoir la possibilité de l’émergence de la vie sur Titan.» Les découvertes de l’équipe ont été rendues possibles grâce à la mission spatiale Cassini-Huygens, qui a été la première à révéler l’existence de grosses molécules organiques sur Titan. Afin de déterminer leur composition chimique, l’équipe de PRIMCHEM a mis au point une plateforme expérimentale permettant de recréer en laboratoire les conditions qui règnent dans la haute atmosphère de Titan: un rayonnement UV intense, une faible pression et des températures descendant jusqu’à -200 °C. Les processus chimiques déclenchés ont ensuite été observés in situ à l’aide de dispositifs analytiques connectés aux réacteurs.

Un aperçu de la Terre primitive

Les travaux du projet pourraient également nous permettre de mieux comprendre les mécanismes de l’apparition de la vie sur notre propre planète: la pression à sa surface et la composition chimique de son atmosphère font de Titan l’analogue observable le plus connu de la Terre primitive. «Nos résultats suggèrent que la chimie de la haute atmosphère de la Terre primitive a favorisé l’incorporation d’azote dans les molécules prébiotiques, avant qu’elles n’interagissent avec les océans primitifs», observe Nathalie Carrasco. Les découvertes révolutionnaires de PRIMCHEM alimenteront directement les travaux de DragonFly, la mission vers Titan que la NASA lancera en 2027 pour déterminer dans quelle mesure la chimie prébiotique a pu y évoluer et pour faire progresser nos connaissances sur l’émergence de la vie, sur Terre et ailleurs.

Mots‑clés

PRIMCHEM, Titan, lune, atmosphère, chimie organique, prébiotique, Terre primitive, mission DragonFly, vie

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