ANNEXE 6-2 - RECHERCHE : EXOBIOLOGIE
- La période de la « chimie » ; correspondant à la formation des premières briques moléculaires (protéines, nucléotides constituant des acides nucléiques, lipides) à partir de molécules organiques gazeuses simples et d'eau liquide. La connaissance des conditions d'environnement de la Terre primitive (atmosphère, hydrosphère, sources de matière carbonée, sources d'énergie...) reste encore assez spéculative et cherche à bénéficier d'études comparatives avec celle d'autres planètes ou de petits corps du Système Solaire. L'hypothèse d'une importation de matière organique extraterrestre comme sources de molécules prébiotiques retient de plus en plus l'attention des scientifiques. Des méthodes d'analyse chimique ultrafine de la matière carbonée extraterrestre ont été développées ces dernières années, en particulier pour l'étude des météorites mais aussi pour celle des micrométéorites, comme celles récoltées dans les glaces bleues de l'Antarctique, de taille comprise entre 50 et 500 pm, dont on sait maintenant qu'elles injectent un flux considérable de matière sur Terre. Ces techniques d'analyse sont exploitées à leur limite de détection, sur des quantités d'échantillons très faibles de matière terrestre ou extraterrestre et pourront s'avérer très utiles pour l'analyse des futurs échantillons martiens ramenés sur Terre par la mission Mars Sample Return. Diverses expériences de laboratoire sont aussi réalisées pour simuler les conditions régnant à la surface des corps parents et chercher s'il peut s'y former certains produits fondamentaux de la chimie prébiotique.
Un projet de chambre de simulation de l'environnement martien pour l'exobiologie, Exocam, a été proposé. Le dispositif Semaphore (Simulation Expérimentale et Modélisation Appliqués aux Phénomènes Organiques dans l'Environnement cométaire) permet d'étudier les mécanismes photochimiques et thermiques qui régissent la dégradation de la matière organique présente dans les glaces et les poussières cométaires ;
- La période de "l'information ", avec l'apparition de molécules porteuses d'information capables de se dupliquer et d'évoluer. Divers scénarios physico-chimiques cherchent à approfondir la notion de structures dissipatives capables de s'auto-organiser, dans les conditions d'environnement de la terre primitive. Certains sont basés sur l'apparition en premier lieu des acides aminés, par exemple des acides a-aminés bloqués sur la fonction amine par le groupement carbamoyl (-CONH2) subissant des alternances de phases sèches et humides. D'autres tiennent compte d'un monde précurseur de l'ARN, fondé sur des molécules d'ARN capables d'autocatalyse. La découverte de l'activité catalytique des ribozymes permet par exemple de penser que les molécules primitives apparentées aux acides nucléiques contemporains ont été capables d'actes catalytiques et ont participé à la mise en place des premiers chaînons métaboliques. Des travaux sont en particulier menés sur la recherche de voies de synthèse prébiotique menant à des dérivés de l'adénine analogues de nucléosides et précurseurs d'acides nucléiques ;
- La période de la « protocellule »; première unité définie comme vivante, entourée d'une membrane l'isolant du milieu extérieur, et qui aurait engendré l'ancêtre commun à toutes les formes de vie sur Terre (LUCA, Last Universal Common Ancestor).
La question de savoir si des processus analogues ont pu se produire ailleurs est ouverte. L'exploration du Système Solaire a déjà permis d'identifier plusieurs objets intéressant l'exobiologie. Certains seraient susceptibles d'avoir offert des conditions propices à l'apparition de la vie tels que Mars et Europe. L'exploration de la planète Mars a récemment soulevé un grand enthousiasme et conduit à de nouveaux projets soit au travers d'un programme de retour d'échantillons (programme Mars Sample Return franco-américain), soit par analyse in situ du sol et du proche sous-sol de Mars (atterrisseur exobiologique Beagle-2 de la mission Mars Express de l'ESA, proposition de mission F2/F3 de l'ESA, étude de faisabilité de l'ESA pour une installation multiutilisateurs d"analyse in situ avec forage, analyses minérale, organique, isotopique et de chiralité dans le cadre du programme Vols habités-Microgravité, études de R&T CNES).
D'autres corps présentent une chimie organique complexe fournissant des exemples de réacteurs de chimie prébiotique à l'échelle planétaire tel que Titan (mission Cassini-Huygens de l'ESA). Les petits corps sources de matière carbonée (météorites, micrométéorites, comètes) pourraient avoir participé à la chimie prébiotique sur la Terre primitive. La chimie du milieu interstellaire, par sa composante organique et par ses implications sur la chimie de la nébuleuse protosolaire, présente un intérêt analogue.
La découverte de planètes extra solaires de plus en plus nombreuses, bien qu'étant de type Jupiter, permet d'envisager aussi la possibilité de vie hors du système solaire. Nous sommes sur le point de pouvoir construire des instruments capables de mettre en évidence des planètes « habitables » (c'est-à-dire des objets de type tellurique dont la distance à (étoile permet une température voisine de 300K) et de chercher si une vie primitive a pu s'y développer, par l'étude spectroscopique de l'émission de telles planètes. Le projet Darwin de l'ESA est un interféromètre infrarouge à cinq télescopes placés dans l'espace sur un cercle de 50 à 200 mètres de diamètre, pointé sur l'étoile à explorer. Le domaine spectral de 6 à 17 microns est attractif pour cette recherche car il contient en particulier les signatures de l'eau, du dioxyde de carbone et de l'ozone dont la présence peut tracer celle de l'oxygène. Il se peut que la présence abondante d'oxygène dans l'atmosphère d'une planète soit une indication d'activité de photosynthèse biologique.
Du 20 février au 28 août 1999 s'est déroulée la mission franco-russe Perseus, à bord de la Station Spatiale Mir en orbite basse. Deux expériences ont été placées à l'extérieur de la Station : Exobiologie et Comet.
Le dispositif Exobiologie a été mis en place du 16 avril au 9 juillet pendant 97 jours. L'observation répétée de matière organique sur les micrométéorites collectées en Antarctique pose des questions fondamentales sur l'origine de la vie sur Terre et sur la capacité de ces molécules à survivre dans un environnement spatial. Cette expérience vise à conforter l'hypothèse selon laquelle les acides aminés qui ont servi à la fabrication des premiers peptides sur la Terre primitive auraient pu être importés sans dommage par de petits grains micrométéoritiques et auraient pu subir un début de polymérisation au cours de leur voyage dans l'espace. Elle permet également une étude des phénomènes de racémisation (transformation d'une forme gauche en un mélange de formes gauches et droites). Différents échantillons ont été exposés aux radiations UV: des acides aminés optiquement actifs et des peptides à l'état libre ou associés à des poudres d'argiles, de basalte ou de météorite d'Allende pour mimer la fraction minérale des micrométéorites. Après récupération des échantillons, les acides aminés ont été extraits et analysés par diverses méthodes (analyse directe des dépôts par spectroscopie infrarouge, analyse en solution aqueuse par électrophorèse capillaire, dérivatisation à l'aide d'un composé chiral de la famille du fluorène ((+) FLEC) suivie de dosage par spectroscopie UV et par fluorescence après chromatographie liquide haute performance (HPLC), spectrométrie de masse par electrospray...).
En l'absence de protection minérale, 50 % des acides aminés furent détruits. Les peptides ont montré une sensibilité notable au vide spatial et des effets de sublimation ont été mis en évidence. La seule exposition aux UV est responsable de 20 % des dégradations observées, principalement par décarboxylation.
Ces expériences préparent à l'utilisation de l'instrument Expose de l'ESA qui sera placé sur une palette externe de la future Station Spatiale Internationale (ISS), pendant la phase d'utilisation précoce.
La coopération scientifique franco-russe sur MIR a également permis de réaliser des expériences de collecte de matière extraterrestre directement dans l'espace et donc exempte de toute contamination terrestre éventuelle, pour l'analyser ensuite en laboratoire. Au voisinage du soleil, le noyau solide de la comète se sublime et libère une partie de ses couches superficielles. Les grains les plus gros se rassemblent sur une orbite proche de la comète mère et constituent progressivement un essaim. Tous les ans, la Terre croise de tels essaims, responsables de pluies d'étoiles filantes. Les expériences COMET (Collecte en Orbite de Matières Extraterrestre), réalisées sur plusieurs vols, ont permis de collecter des micrométéorites dont le corps parent a ainsi pu être identifié. La première expérience fut réalisée sur Salyut-7, en 1985, durant la traversée des Draconides qui sont associées à la comète Giacobini-Zinner. La seconde fut réalisée sur MIR, en octobre 1995, durant le passage de la Terre dans les Orionides associées à la comète de Halley. Enfin, la troisième collection eut lieu en novembre 1998, au sein des Léonides, associées à la comète Temple-Tittle. Il semble que lors de cette dernière expérience, nous ayons pu collecter un grain de taille significative, vraisemblablement d'origine cométaire. L'extraction et l'analyse de ces échantillons sont actuellement en cours.
Une expérience spatiale intitulée Stone, simulant la rentrée atmosphérique d'une météorite martienne artificielle, a eu lieu sur le satellite récupérable russe Photon-12 en septembre 1999, dans le cadre du programme Emir-2 de 1°ESA. Il existe actuellement sur Terre quatorze météorites dénommées SNC dont on pense qu'elles proviennent de la planète Mars. Or aucune d'entre elles n'est sédimentaire, contrairement à ce que l'on pourrait attendre d'après les hypothèses sur le climat chaud et humide de la planète Mars dans le passé. On imagine que les météorites sédimentaires qui se seraient échappées de la surface de Mars n'auront pas pu survivre à l'entrée dans l'atmosphère de la Terre à cause de la décrépitation du matériau minéral qui les cimente. L'expérience Stone a ainsi pour but d'étudier les modifications physiques et chimiques de roches sédimentaires lors d'une rentrée atmosphérique. Un basalte (échantillon témoin), une dolomite (roche sédimentaire terrestre) et un régolithe artificiel martien (80% de basalte et 20% de gypse compacté) ont été incrustés dans le revêtement thermique du satellite Photon et récupérés pour analyse.
Des expériences de simulation en laboratoire permettront aussi de compléter la liste des réactions à prendre en compte dans les modèles photochimiques de l'atmosphère de Titan et de déterminer, d'après leur cinétique chimique, quelles sont les réactions dominantes (programme IDS "Titan's chemistry and exobiology", responsable scientifique François Raulin, LISA, Faculté des Sciences de Créteil).
Par ailleurs mais toujours en liaison avec l'étude de la matière primitive, une expérience baptisée Codag (COsmic Dust AGglomeration) a été réalisée par le Service d'Aéronomie (PI. A.C.Levasseur-Regourd), en fusée-sonde lors du vol Maser-8 de l'ESA en mai 1999. Cette expérience étudie les mécanismes d'agrégation des particules cosmiques en microapesanteur, en suivant par des moyens optiques l'intensité et la polarisation de la lumière diffusée dans diverses directions au cours du phénomène d'agrégation. Cette expérience fait suite à une série de mesures effectuées en vol parabolique dans l'avion Airbus 0-G, à l'aide de l'instrument Progra-2 (Polarimetric Properties of Grains, réalisé par l'ESSC Illkirch et le LPCE/CNRS Orléans), qui ont permis de collecter environ une trentaine de fonctions de phase pour différents échantillons répertoriés, compacts ou floconneux, avec des applications à la poussière cométaire, astéroïdale et interplanétaire.