{"id":8993,"date":"2020-09-15T08:55:55","date_gmt":"2020-09-15T06:55:55","guid":{"rendered":"https:\/\/scienceetonnante.com\/?p=8993"},"modified":"2020-11-19T11:10:56","modified_gmt":"2020-11-19T10:10:56","slug":"de-la-vie-sur-venus-pas-sur-mais-pourquoi-pas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/2020\/09\/15\/de-la-vie-sur-venus-pas-sur-mais-pourquoi-pas\/","title":{"rendered":"De la vie sur V\u00e9nus ? Pas s\u00fbr, mais pourquoi pas !"},"content":{"rendered":"

La nouvelle a fait grand bruit hier, de la vie a \u00e9t\u00e9 trouv\u00e9e sur V\u00e9nus ! … enfin des traces de vie … enfin des traces d’un compos\u00e9 chimique, la phosphine<\/strong>, qui pourrait \u00eatre d\u00fb \u00e0 une forme de vie.<\/p>\n

(Edit du 19\/11 : voire carr\u00e9ment des traces de rien du tout, cf la fin du billet)<\/span><\/p>\n

J’ai lu l’article scientifique paru dans la revue Nature Astronomy<\/em> [1], alors je vais essayer de vous en faire une restitution. L’id\u00e9e est surtout de vous montrer comment les chercheuses et chercheurs ont proc\u00e9d\u00e9, et vous allez voir que c’est un peu plus compliqu\u00e9 que d’appuyer sur le bouton on\/off et de lire le r\u00e9sultat.<\/p>\n

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La phosphine<\/h3>\n

La formule de la phosphine, c’est PH3<\/sub> : trois atomes d’hydrog\u00e8ne accroch\u00e9 \u00e0 un atome de phosphore. Ce qui rend ce compos\u00e9 si particulier, c’est qu’on ne s’attend pas trop \u00e0 le trouver \u00e0 l’\u00e9tat naturel, notamment sur les plan\u00e8tes rocheuses<\/strong>. La raison, c’est une histoire d’oxydo-r\u00e9duction.<\/p>\n

En pr\u00e9sence d’oxyg\u00e8ne, le phosphore va plut\u00f4t avoir tendance \u00e0 se lier avec des atomes d’oxyg\u00e8ne qui vont le cas \u00e9ch\u00e9ant d\u00e9loger les atomes d’hydrog\u00e8ne. On va plut\u00f4t donc trouver des compos\u00e9s de type phosphates, ou de l’acide phosphorique H3<\/sub>PO4<\/sub>. Un compos\u00e9 comme PH3<\/sub> ne peut donc se maintenir et se former que dans des conditions tr\u00e8s r\u00e9ductrices, avec tr\u00e8s peu d’oxyg\u00e8ne disponible.<\/p>\n

Or les plan\u00e8tes rocheuses pr\u00e9sentent justement des conditions tr\u00e8s oxydantes, notamment du fait de leur cro\u00fbte pleine d’atomes d’oxyg\u00e8ne (li\u00e9s aux m\u00e9taux pour former des oxydes comme la silice SiO2<\/sub>, l’alumine Al2<\/sub>O3<\/sub>, …), atomes d’oxyg\u00e8ne qui vont aussi se retrouver dans l’atmosph\u00e8re . Donc m\u00eame si la production de phosphine peut survenir dans l’int\u00e9rieur d’une plan\u00e8te rocheuse, on s’attend \u00e0 ce qu’elle soit d\u00e9truite en traversant la cro\u00fbte.<\/p>\n

Sur Terre, on en trouve malgr\u00e9 tout un tout petit peu<\/strong>. Des mesures effectu\u00e9es dans l’eau [2] sugg\u00e8rent qu’il y en a de l’ordre d’un nanogramme par m3<\/strong>. En proportion, \u00e7a fait de l’ordre de 0.000001 ppm (je rappelle : 1ppm c’est 0.0001%). Et cette concentration serait due \u00e0 des processus biologiques<\/strong>, notamment de certaines bact\u00e9ries.<\/p>\n

Retenez que \u00e7a n’est pas la phosphine en soi qui est intrigante, c’est sa pr\u00e9sence sur une plan\u00e8te rocheuse<\/strong>. Par exemple sur Jupiter et Saturne, la phosphine est un compos\u00e9 \u00ab\u00a0abondant\u00a0\u00bb, avec 1ppm pour la premi\u00e8re et 4ppm pour la seconde.<\/p>\n

Sur la base de tout \u00e7a, on peut donc consid\u00e9rer que la pr\u00e9sence de phosphine sur une plan\u00e8te rocheuse est une \u00abbiosignature<\/strong>\u00bb, c’est-\u00e0-dire un indice d’une possible pr\u00e9sence de vie.<\/p>\n

La d\u00e9tection<\/h3>\n

Comme vous pouvez vous en douter, d\u00e9tecter de la phosphine sur une plan\u00e8te distante n’est pas une mince affaire. Ca n’est pas comme si on avait pu aller pr\u00e9lever un \u00e9chantillon sur place.<\/p>\n

Pour cela, on se base donc sur des techniques de spectroscopie<\/strong> : en analysant la lumi\u00e8re (au sens large) qui nous parvient de la plan\u00e8te, on va essayer de d\u00e9duire certains aspects de la composition de son atmosph\u00e8re. En effet toutes les mol\u00e9cules absorbent certaines longueurs d’onde, ce sont les longueurs d’onde dont les photons ont une \u00e9nergie correspondant \u00e0 certaines \u00e9nergies d’excitation de la mol\u00e9cule.<\/p>\n

La plan\u00e8te \u00e9met un rayonnement que l’on sait mod\u00e9liser de fa\u00e7on th\u00e9orique, et tout \u00ab\u00a0manque\u00a0\u00bb dans le signal \u00e0 certaines longueurs d’onde trahit la pr\u00e9sence de la mol\u00e9cule concern\u00e9e dans l’atmosph\u00e8re.<\/p>\n

Dans le cas qui nous concerne, la phosphine poss\u00e8de une excitation rotationnelle correspondant \u00e0 une longueur d’onde de 1.123 mm <\/strong>(267 Ghz pour ceux qui pr\u00e9f\u00e8rent).<\/strong>\u00a0On est \u00e0 la fronti\u00e8re entre l’infra-rouge lointain et les micro-ondes (c’est pour \u00e7a que je parlais de lumi\u00e8re \u00ab\u00a0au sens large\u00a0\u00bb). L’\u00e9quipe a donc utilis\u00e9 le James Clerck Maxwell Telescope (JCMT) pour scruter cette bande d’absorption.<\/p>\n

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Une des difficult\u00e9s, c’est que si l’on connait la longueur d’onde th\u00e9orique correspondant \u00e0 l’absorption, il y a un ph\u00e9nom\u00e8ne qui va perturber les choses en pratique : l’effet Doppler<\/strong>. La vitesse relative qui existe entre V\u00e9nus et le t\u00e9l\u00e9scope va donc d\u00e9caler les lignes spectrales, et il faut donc effectuer un travail de reconstruction du signal.<\/p>\n

En pratique, l’\u00e9quipe a obtenu la courbe ci-dessous, qui montre qu’une fois recal\u00e9 sur la bande d’absorption concern\u00e9e et dans le r\u00e9f\u00e9rentiel de V\u00e9nus, le signal est bien compatible avec un exc\u00e8s d’absorption.<\/p>\n

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Alors c’est bon ? Pas si vite ! D\u00e9j\u00e0 il faut savoir que le travail de reconstruction est loin d’\u00eatre trivial<\/strong>, il suffit d’essayer de lire ce passage de l’article pour s’en convaincre ! Ensuite, est-ce qu’il pourrait s’agir d’un bruit ? Une fluctuation statistique ou bien un artefact ? Pour se convaincre de leur capacit\u00e9 \u00e0 bien reconstruire ce genre de signal, l’\u00e9quipe a r\u00e9alis\u00e9 un travail similaire sur la longueur d’onde \u00e0 1.126mm, qui correspond \u00e0 un niveau d’\u00e9nergie de l’eau deut\u00e9r\u00e9e (HDO, o\u00f9 D est un atome de deut\u00e9rium). On sait qu’il y en a sur V\u00e9nus, environ 2.5ppb, donc pas grand chose, et l’\u00e9quipe a montr\u00e9 qu’on retrouvait bien sa pr\u00e9sence.<\/p>\n

Pour parfaire le tout, les mesures ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9p\u00e9t\u00e9es avec un autre ensemble de t\u00e9l\u00e9scopes, l’Atacama Large Millimetre Array (ALMA). Le signal a \u00e9t\u00e9 trait\u00e9 de fa\u00e7on ind\u00e9pendante, par des chercheurs et des m\u00e9thodes diff\u00e9rentes<\/strong>, et le r\u00e9sultat est rest\u00e9 le m\u00eame : absorption \u00e0 1.123mm. Cela semble exclure la possibilit\u00e9 d’un faux positif. Mais est-ce bien de la phosphine ?<\/p>\n

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Une \u00e9tape suppl\u00e9mentaire a \u00e9t\u00e9 de v\u00e9rifier que parmi toutes les esp\u00e8ces chimiques connues, aucune n’avait une \u00e9nergie de transition pouvant correspondre \u00e0 cette bande<\/strong>. Et rien n’a \u00e9t\u00e9 trouv\u00e9.<\/p>\n

Petite parenth\u00e8se : je ne sais pas trop comment se d\u00e9roule ce travail de v\u00e9rification, mais j’imagine que la t\u00e2che doit \u00eatre dantesque. A titre d’ordre de grandeur, si on regarde juste la phosphine, on connait 7,5 millions de niveaux d’\u00e9nergie, et 16,8 milliards de transitions entre ces niveaux ! Ce travail de mod\u00e9lisation [3] a notamment \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9 quelques ann\u00e9es plus t\u00f4t par Clara Sousa-Silva , une des autrices de l’article.<\/em><\/p>\n

Bref, si on exclut la possibilit\u00e9 d’un faux positif, et le fait de l’attribuer \u00e0 un autre compos\u00e9, alors on doit admettre qu’il y a bien de la phosphine sur V\u00e9nus<\/strong>.<\/p>\n

Quantit\u00e9 et localisation<\/h3>\n

D’apr\u00e8s les mesures r\u00e9alis\u00e9es, l’abondance de la phosphine serait au minimum de 0.02 ppm<\/strong>. Bien moins que sur Jupiter ou Saturne, mais bien plus que sur Terre. Autre \u00e9l\u00e9ment remarquable, le t\u00e9l\u00e9scope ALMA permet une r\u00e9solution angulaire du signal; il a donc permis de constater que la phosphine \u00e9tait pr\u00e9sente essentiellement \u00e0 l’\u00e9quateur et aux latitudes interm\u00e9diaires (entre -60\u00b0 et 60\u00b0), mais pas aux p\u00f4les<\/strong>.<\/p>\n

Quant \u00e0 la localisation en altitude, la phosphine serait pr\u00e9sente dans la couche nuageuse, \u00e0 environ 50-60km de la surface<\/strong>. Petite remarque importante : on entend souvent que la vie sur V\u00e9nus serait bien compliqu\u00e9e \u00e0 cause de sa temp\u00e9rature de surface (sup\u00e9rieure \u00e0 450\u00b0C) et de la pression qui y r\u00e8gne (93 bars). Mais \u00e0 50km d’altitude dans la couche nuageuse, la temp\u00e9rature est d’environ 30\u00b0C et la pression de 0.5 bars<\/strong>. Des conditions \u00ab\u00a0presque\u00a0\u00bb analogues \u00e0 celles de la Terre. Presque vivable, enfin si l’on excepte le caract\u00e8re hyper-acide de l’atmosph\u00e8re, et la grosse pr\u00e9sence de soufre !<\/p>\n

D’o\u00f9 vient la phosphine ?<\/h3>\n

Je l’ai dit au d\u00e9but, ce qui fait l’int\u00e9r\u00eat de la phosphine c’est qu’on la consid\u00e8re comme une biosignature. Cette id\u00e9e se base sur le fait qu’on ne voit pas bien ce qui pourrait expliquer sa pr\u00e9sence, \u00e0 part la pr\u00e9sence de vie. Mais avant de sauter sur cette conclusion, on a int\u00e9r\u00eat \u00e0 \u00eatre sacr\u00e9ment certains de notre raisonnement. Les auteurices de l’article ont donc essay\u00e9 d’\u00e9liminer toutes les possibilit\u00e9s d’une explication \u00ab\u00a0non-biologique\u00a0\u00bb<\/strong> de la pr\u00e9sence de phosphine.<\/p>\n

On l’a dit, la phosphine n’est pas un compos\u00e9 que l’on s’attend \u00e0 trouver \u00e0 l’\u00e9quilibre thermodynamique. A partir de la dur\u00e9e de vie estim\u00e9e de la phosphine avant son oxydation, et de l’abondance mesur\u00e9e, l’\u00e9quipe a calcul\u00e9 le taux de production de phosphine qui serait n\u00e9cessaire pour expliquer son abondance sur V\u00e9nus.<\/strong> Et ce taux de production est bien plus \u00e9lev\u00e9 que ce que des r\u00e9actions non-biologiques pourraient expliquer (ci-dessous un exemple de chemin de r\u00e9action consid\u00e9r\u00e9 pour produire la phosphine !)<\/p>\n

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Les auteurices ont fait tout un travail de recherche dans les bases de donn\u00e9es et de mod\u00e9lisation de r\u00e9actions, pour voir si certains chemins de r\u00e9action pouvaient donner suffisamment de phosphine, et ce pour tout un \u00e9ventail de conditions de temp\u00e9rature et de pression (allant de 0\u00b0C \u00e0 1200\u00b0C, et de 0.25 \u00e0 10 000 bars). Ils ont \u00e9galement examin\u00e9 des hypoth\u00e8ses alternatives : que la phosphine provienne de m\u00e9t\u00e9orites<\/strong>, ou bien soit produite par une activit\u00e9 volcanique<\/strong> ou encore une abondance d’\u00e9clairs<\/strong>. Mais \u00e0 chaque fois \u00e7a coince : ces explications alternatives ont des taux de production de phosphine qui sont trop faible d’un facteur 10 000 \u00e0 1 million<\/strong>.<\/p>\n

Alors, la vie ?<\/h3>\n

Une fois qu’on a \u00e9limin\u00e9 toutes les explications connues possibles, il faut commencer \u00e0 envisager des explications par des m\u00e9canismes alternatifs. Cela peut \u00eatre soit des processus photochimiques ou g\u00e9ochimiques encore inconnus, soit de la vie. Les auteurs regroupent ces deux possibilit\u00e9s sous le terme \u00abunexplained chemistry<\/em><\/strong>\u00bb.<\/p>\n

Le fait que la pr\u00e9sence de phosphine soit uniquement d\u00e9tect\u00e9e sur l’\u00e9quateur et les latitudes interm\u00e9diaires peut aller dans ce sens. Cela correspond aux cellules de circulation de Hadley<\/strong>, qui peuvent, d’apr\u00e8s l’\u00e9quipe, \u00eatre ce qu’il y a de plus stable pour accueillir la vie sur V\u00e9nus.<\/p>\n

En conclusion, voici les possibilit\u00e9s, par ordre croissant d’excitation.<\/p>\n