Dans une vallée sèche sur Mars, le rover Perseverance de la NASA pourrait enfin avoir trouvé sa raison d’être : des preuves de vie extraterrestre ancienne, offrant ainsi un espoir pour le plan ambitieux mais compliqué de l’agence spatiale visant à ramener des matériaux de la planète rouge sur Terre.

Cet indice potentiellement révolutionnaire pourrait sembler n’être qu’une simple roche, mais il est unique en son genre sur Mars. Nommée « Cheyava Falls » d’après une caractéristique du Grand Canyon sur Terre, cette roche se présente sous la forme d’un affleurement de mudstone de la taille d’une table basse, en forme de flèche. Ses caractéristiques visuelles les plus remarquables sont ses bandes rouges et blanches, les premières étant parsemées de taches claires à bord foncé, évoquant les taches d’un léopard. La couleur rouge proviendrait probablement du minéral de fer hématite, selon l’équipe de Perseverance. Les études du rover ont révélé que les stries blanches sont des veines de sulfate de calcium déposées par l’eau, et que les bords sombres des curieuses « taches de léopard » contiennent des molécules de phosphate de fer, une potentielle source de nourriture pour des microbes souterrains affamés.

Les instruments de Perseverance montrent également que la roche contient des composés organiques, des molécules à base de carbone qui constituent les éléments fondamentaux de la vie telle que nous la connaissons. C’est une découverte rare pour le rover, qui explore le cratère Jezero depuis son atterrissage en février 2021. (Le rover Curiosity, prédécesseur de Perseverance, avait également trouvé des organiques lors de ses explorations dans une autre région, le cratère Gale.)

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Les données cumulées de Perseverance montrent non seulement que de l’eau a autrefois traversé Cheyava Falls, mais aussi que le mudstone a probablement connu d’autres conditions généralement associées à la vie microbienne. Dans les roches sédimentaires terrestres riches en hématite, des réactions chimiques peuvent créer des taches pâles et annelées similaires, libérant de l’énergie capable de soutenir des organismes unicellulaires à l’intérieur de la roche.

Cela a suffi pour inciter l’équipe de Perseverance à ordonner au rover de forer et de stocker un échantillon de cette roche dans l’un de ses tubes pour une récupération et une livraison éventuelles sur Terre par de futures missions. Ce plan de collecte, connu sous le nom de Mars Sample Return (MSR), est une collaboration entre la NASA et l’Agence spatiale européenne (ESA). Il est géré par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, qui a également construit et opère Perseverance. Cependant, des retards importants et des dépassements de budget de plusieurs milliards de dollars ont plongé le projet dans l’incertitude. Le MSR est actuellement en cours de replanification pour trouver un moyen plus rapide et moins coûteux de ramener les précieux échantillons de Perseverance sur Terre.

« Cheyava Falls est la roche la plus déroutante, complexe et potentiellement importante jamais étudiée par Perseverance », a déclaré Ken Farley, scientifique en chef du projet Perseverance au California Institute of Technology, dans une déclaration de la NASA du 25 juillet annonçant la découverte. « D’une part, nous avons notre première détection convaincante de matière organique, des taches colorées distinctives indiquant des réactions chimiques que la vie microbienne pourrait utiliser comme source d’énergie, et des preuves claires que de l’eau — nécessaire à la vie — a autrefois traversé la roche. D’autre part, nous n’avons pas encore pu déterminer exactement comment la roche s’est formée et dans quelle mesure les roches environnantes ont pu chauffer Cheyava Falls et contribuer à ces caractéristiques. »

Origine des taches de la roche

L’équipe de Perseverance a remarqué et ciblé la roche fin juin alors que le rover traversait la pente nord de Neretva Vallis, un canal large de 500 mètres creusé il y a des éons par une rivière se déversant dans le cratère Jezero, qui abritait autrefois un grand lac et un système delta. Alors que les premières observations de la roche par Perseverance parvenaient lentement sur Terre sous forme d’ondes radio, l’équipe, de plus en plus étonnée, a commencé une course effrénée pour recueillir autant de données que possible — et un échantillon crucial — avant que le rover ne doive se déplacer vers d’autres cibles préplanifiées.

Cheyava Falls pourrait avoir été initialement formée à partir de boue cimentée sur le lit de la rivière, les veines de sulfate de calcium étant déposées plus tard par des fluides riches en minéraux s’infiltrant à travers des fissures dans la roche. Cependant, ce scénario simple est compliqué par une autre observation de Perseverance : de minuscules cristaux d’olivine, un minéral verdâtre formé à partir de magma, ont été découverts dans les veines. La présence de ce minéral dans les veines pourrait signifier que l’olivine et le sulfate ont été transportés dans la roche par des flux d’eau à des températures inhospitalières, et que les taches de léopard se sont formées par des réactions chimiques abiotiques à haute température.

« Les roches au-dessus et au nord de Cheyava Falls, identifiées comme l’unité de marge, sont très différentes et enrichies en olivine », explique Katie Stack Morgan, scientifique adjointe du projet Perseverance au JPL. « L’olivine que nous voyons dans les veines de Cheyava Falls pourrait être liée à l’emplacement de l’unité de marge riche en olivine à proximité. »

Des observations antérieures de Perseverance ont révélé que le substrat rocheux exposé en contrebas de Cheyava Falls est très similaire en composition, incluant même des organiques et de petits amas sombres de minéraux, selon Stack Morgan. Mais aucune autre roche examinée jusqu’à présent ne montre les taches de léopard distinctives.

Malgré ces origines floues, les taches de Cheyava Falls ressemblent indéniablement à des structures qui, lorsqu’elles sont trouvées dans des roches des profondeurs de la Terre, sont généralement considérées comme des signes de vie — les soi-disant biosignatures. Techniquement appelées « sphéroïdes de réduction », ces caractéristiques se forment généralement à partir de matière organique ensevelie dans des roches sédimentaires riches en fer oxydé, ce qui donne à ces roches une couleur rougeâtre. L’eau en mouvement peut faciliter des réactions « redox » entre la matière organique et la roche environnante, réduisant (en prenant des électrons) le fer oxydé et l’éclaircissant. Les microbes dans la roche peuvent améliorer et profiter de ce processus, utilisant le flux d’électrons nourrissants pour alimenter leur métabolisme. Le résultat final est une sphère pâle de fer réduit mêlée d’autres métaux traces et, potentiellement, de microfossiles microbiens — une sorte d’oasis enfouie dans les profondeurs.

« De manière significative, ces [sphéroïdes de réduction] sont probablement les seules biosignatures de vie microbienne souterraine que l’on pourrait voir à l’œil nu — ou avec les caméras de notre rover », déclare David Flannery, astrobiologiste et membre de l’équipe scientifique de Perseverance à l’Université de technologie du Queensland en Australie. Mais comme ces structures peuvent également résulter de processus purement abiotiques, elles ne peuvent pas constituer à elles seules une preuve irréfutable de vie passée — surtout lorsqu’elles sont étudiées à distance par un robot sur un monde extraterrestre situé à des millions de kilomètres. Même sur Terre, Flannery souligne qu’il y a « étonnamment peu de travaux sur [les sphéroïdes de réduction], en partie parce qu’il est si difficile de comprendre ces choses. »

Ramener l’échantillon sur Terre

Bien que Cheyava Falls ne soit pas une preuve de vie sur Mars, pour les scientifiques désireux de l’étudier plus en détail, c’est la meilleure chose suivante : la roche la plus prometteuse trouvée jusqu’à présent pour potentiellement découvrir des fossiles martiens.

« C’est certainement excitant », déclare Caleb Scharf, scientifique senior en astrobiologie au Ames Research Center de la NASA, qui ne fait pas partie de l’équipe de Perseverance. « La découverte de Cheyava Falls représente l’un des meilleurs arguments pour ramener des échantillons de Mars ou pour envoyer de nouveaux dispositifs et instruments qui élargissent notre capacité à interroger les preuves sur Mars. »

« Nous avons bombardé cette roche avec des lasers et des rayons X et l’avons photographiée littéralement jour et nuit sous presque tous les angles imaginables », a déclaré Farley dans la déclaration récente de la NASA. « Scientifiquement, Perseverance n’a plus rien à offrir. Pour comprendre pleinement ce qui s’est réellement passé dans cette vallée fluviale martienne au cratère Jezero il y a des milliards d’années, nous voudrions ramener l’échantillon de Cheyava Falls sur Terre, afin qu’il puisse être étudié avec les instruments puissants disponibles dans les laboratoires. »

Ces instruments puissants, selon Stack Morgan, incluraient de gros et délicats microscopes électroniques et des spectromètres de masse, qui ne sont pas adaptés pour être embarqués dans un robot interplanétaire. Un tel équipement pourrait examiner l’échantillon à la recherche d’une large gamme de biosignatures tout en précisant des détails tels que l’âge des bords sombres des taches de léopard, le moment des interactions de la roche avec l’eau et même la température à laquelle certains de ses minéraux se sont formés. Peut-être le plus important, alors que Perseverance est actuellement muet sur la nature des composés organiques de Cheyava Falls, l’équipement terrestre pourrait révéler le type et la complexité des molécules dans ce matériau pour déterminer si elles ont des origines biologiques.

Cependant, la NASA et l’ESA doivent d’abord déterminer comment le MSR peut ramener cet échantillon sur Terre.