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L’imagerie holographique pourrait être utilisée pour détecter les signes de vie dans l’espace

Illustration artistique : Geysers sur Encelade

La revue Astrobiology publie ce mois-ci un numéro spécial consacré à la recherche de signes de vie sur la lune glacée de Saturne, Encelade. Un papier signé de l’astrobiologiste Jay Nadeau, de Caltech en Californie, suggère qu’une technique appelée microscopie holographique numérique pourrait être notre meilleur allié pour la recherche de vie extraterrestre. Cette méthode utilise des lasers pour enregistrer des images 3D. Qu’en est-il exactement ?

Le programme Viking, à la fin des années 1970, avait pour objectif de déterminer la structure et la composition de l’atmosphère martienne et d’identifier une éventuelle présence de vie sur la planète rouge. Depuis, aucune enquête officielle (SETI mis à part) n’a clairement affiché ses ambitions pour la détection de vie à proprement parler. Les recherches actuelles mettent plutôt l’accent sur la présence d’eau liquide dans notre Système solaire qui pourrait suggérer in fine une éventuelle présence de vie microbienne. Encelade, la lune de Saturne, a beaucoup d’eau : un océan tout entier caché sous une coquille glacée recouvre toute sa surface. Mais si cet océan souterrain abritait la vie (et ce serait là extraordinaire), pourrait-on finalement l’identifier avec certitude à 790 millions de kilomètres de distance ?

« Il est plus difficile de faire la différence entre un microbe et un morceau de poussière que vous ne le penseriez », explique Jay Nadeau « Il faut différencier le mouvement brownien, qui est le mouvement aléatoire de la matière, et le mouvement intentionnel et autonome d’un organisme vivant ». Encelade, la sixième plus grande lune de Saturne, est 100 000 fois moins massive que la Terre. En tant que tel, Encelade a une vitesse d’échappement (la vitesse minimale requise pour qu’un objet sur la lune puisse échapper à sa surface) de seulement 239 mètres par seconde. Sur Terre, elle est de 11 000 mètres par seconde.

Sur Encelade, cette vitesse d’échappement minime permet notamment à des geysers d’évacuer régulièrement dans l’espace de la vapeur d’eau à travers des fissures dans la coquille glacée de la lune. Ces panaches de vapeur d’eau ont été repérés par Cassini lors de son survol de la lune au niveau de la région polaire sud. La sonde avait vu des particules de glace exploser à près de 2 000 kilomètres par heure à une altitude de près de 500 kilomètres au-dessus de la surface. Les scientifiques ont alors calculé que jusqu’à 250 kilos de vapeur d’eau étaient relâchés chaque seconde dans chaque panache. Depuis ces premières observations, plus d’une centaine de geysers ont été repérés. Cette eau est par ailleurs censée reconstituer l’anneau E de Saturne, qui se dissipe rapidement.

Cette eau qui s’échappe est une aubaine pour les chercheurs. Faire atterrir un engin sur la surface d’Encelade serait possible certes, mais très coûteux et risqué. L’option la plus simple serait d’envoyer une sonde qui pourrait traverser ces panaches et recueillir des échantillons d’eau qui pourraient éventuellement contenir des microbes. Mais en supposant qu’une sonde puisse le faire, d’autres questions doivent être soulevées : les microbes pourraient-ils survivre dans ces panaches ? Dans l’affirmative, comment une sonde pourrait-elle collecter des échantillons sans détruire ces microbes ? Et si les échantillons sont recueillis, comment pourraient-ils être identifiés comme étant des cellules vivantes ?

Démontrer qu’un organisme microscopique est bien vivant implique la recherche de motifs dans sa structure ou l’étude de sa composition chimique spécifique. Bien que ces méthodes soient utiles, elles devraient être utilisées conjointement avec des observations directes de microbes potentiels. « Ainsi je pense que nous devrions faire un pas en arrière et rechercher des caractéristiques plus générales et communes aux êtres vivants, comme la présence de mouvements », explique la chercheuse. « Si vous observez E. coli, vous savez que l’organisme est vivant et que ce n’est pas un grain de sable, notamment par la manière dont la bactérie se déplace ».

Ainsi, le mouvement d’un organisme pourrait être utilisé comme une biosignature robuste et indépendante de la chimie pour la vie extraterrestre. Pour étudier le mouvement des potentiels microbes des panaches d’Encelade, la chercheuse propose d’utiliser un instrument spécialement adapté à l’astrobiologie appelé microscope holographique numérique. En microscopie holographique numérique, un objet est pointé par un laser. La lumière du laser rebondit sur l’objet et revient s’échouer sur un détecteur qui effectue ensuite des mesures. Cette lumière diffusée contient des informations sur l’amplitude (l’intensité) de la lumière dispersée et sur sa phase (une propriété distincte qui peut être utilisée pour indiquer à quelle distance la lumière a parcouru après la dispersion). Avec ces deux types d’informations, un ordinateur peut reconstruire une image 3D de l’objet et dire si cet objet est en mouvement.

« La microscopie holographique numérique vous permet de voir et de suivre les moindres mouvements », explique la chercheuse. En outre, en marquant des microbes potentiels avec des colorants fluorescents qui se lient à de larges classes de molécules susceptibles d’être des indicateurs de protéines vivantes, de sucres, de lipides et d’acides nucléiques, « on peut dire en quoi sont fabriqués les microbes ».

Pour étudier l’utilité potentielle de la technologie pour l’analyse d’échantillons extraterrestres, Nadeau et ses collègues ont obtenu des échantillons d’eau glaciaire de l’Arctique peu peuplée en bactéries. Grâce à cette technique, les chercheurs ont pu identifier des organismes avec des densités de population de seulement mille cellules par millilitre de volume semblable à ce qui existe dans certains des environnements les plus extrêmes de la Terre comme les lacs sous-glaciaires. « À titre de comparaison, l’océan ouvert contient environ 10 000 cellules par millilitre et un étang typique pourrait avoir un à dix millions de cellules par millilitre. Ce faible seuil de détection couplé à la capacité du système de tester beaucoup d’échantillons rapidement (à raison d’environ un millilitre par heure), le rend idéal pour l’astrobiologie », explique la chercheuse.

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