Un processus inconnu de production de méthane est probablement à l'œuvre dans l'océan caché sous la coquille glacée de la lune de Saturne Encelade, suggère une nouvelle étude publiée dans Astronomie de la nature par des scientifiques de l'Université d'Arizona et de l'Université Paris Sciences &Lettres.

Les panaches d'eau géants qui jaillissent d'Encelade ont longtemps fasciné les scientifiques et le public, inspirant des recherches et des spéculations sur le vaste océan qui serait pris en sandwich entre le noyau rocheux de la lune et sa coquille glacée. Voler à travers les panaches et échantillonner leur composition chimique, la sonde Cassini a détecté une concentration relativement élevée de certaines molécules associées à des cheminées hydrothermales au fond des océans terrestres, spécifiquement le dihydrogène, méthane et dioxyde de carbone. La quantité de méthane trouvée dans les panaches était particulièrement inattendue.

« Nous voulions savoir :des microbes semblables à la Terre qui « mangent » le dihydrogène et produisent du méthane pourraient-ils expliquer la quantité étonnamment importante de méthane détectée par Cassini ?" dit Régis Ferrière, professeur agrégé au département d'écologie et de biologie évolutive de l'Université de l'Arizona et l'un des deux auteurs principaux de l'étude. "À la recherche de tels microbes, appelés méthanogènes, au fond marin d'Encelade nécessiterait des missions de plongée profonde extrêmement difficiles qui ne sont pas en vue depuis plusieurs décennies. »

Ferriere et son équipe ont pris une autre voie plus facile :ils ont construit des modèles mathématiques pour calculer la probabilité que différents processus, dont la méthanogénèse biologique, pourrait expliquer les données de Cassini.

Les auteurs ont appliqué de nouveaux modèles mathématiques qui combinent la géochimie et l'écologie microbienne pour analyser les données du panache de Cassini et modéliser les processus possibles qui expliqueraient le mieux les observations. Ils concluent que les données de Cassini sont cohérentes soit avec l'activité microbienne des évents hydrothermaux, ou avec des processus qui n'impliquent pas de formes de vie mais qui sont différents de ceux connus sur Terre.

Sur Terre, l'activité hydrothermale se produit lorsque l'eau de mer froide s'infiltre dans le fond océanique, circule à travers la roche sous-jacente et passe à proximité d'une source de chaleur, comme une chambre magmatique, avant de recracher dans l'eau par les bouches hydrothermales. Sur Terre, le méthane peut être produit par l'activité hydrothermale, mais à un rythme lent. La majeure partie de la production est due à des micro-organismes qui exploitent le déséquilibre chimique du dihydrogène produit de manière hydrothermale comme source d'énergie, et produire du méthane à partir de dioxyde de carbone dans un processus appelé méthanogenèse.

L'équipe a examiné la composition du panache d'Encelade comme le résultat final de plusieurs processus chimiques et physiques se déroulant à l'intérieur de la lune. D'abord, les chercheurs ont évalué quelle production hydrothermale de dihydrogène correspondrait le mieux aux observations de Cassini, et si cette production pourrait fournir suffisamment de « nourriture » ​​pour soutenir une population de méthanogènes hydrogénotrophes semblables à la Terre. Pour faire ça, ils ont développé un modèle pour la dynamique de population d'un hypothétique méthanogène hydrogénotrophe, dont la niche thermique et énergétique a été modelée sur des souches connues de la Terre.

Les auteurs ont ensuite exécuté le modèle pour voir si un ensemble donné de conditions chimiques, telles que la concentration en dihydrogène dans le fluide hydrothermal, et la température fournirait un environnement propice à la croissance de ces microbes. Ils ont également examiné quel effet une population microbienne hypothétique aurait sur son environnement, par exemple, sur les taux d'échappement du dihydrogène et du méthane dans le panache.

"En résumé, non seulement nous avons pu évaluer si les observations de Cassini sont compatibles avec un environnement habitable à vie, mais on pourrait aussi faire des prédictions quantitatives sur les observations à prévoir, si la méthanogénèse se produit réellement sur le fond marin d'Encelade, " expliqua Ferrière.

Les résultats suggèrent que même l'estimation la plus élevée possible de la production de méthane abiotique - ou de la production de méthane sans aide biologique - basée sur la chimie hydrothermale connue est loin d'être suffisante pour expliquer la concentration de méthane mesurée dans les panaches. Ajout de la méthanogénèse biologique au mélange, cependant, pourrait produire suffisamment de méthane pour correspondre aux observations de Cassini.

"Évidemment, nous ne concluons pas que la vie existe dans l'océan d'Encelade, dit Ferrière. nous voulions comprendre la probabilité que les cheminées hydrothermales d'Encelade soient habitables par des micro-organismes semblables à la Terre. Très probable, les données Cassini nous disent, selon nos modèles.

"Et la méthanogenèse biologique semble être compatible avec les données. En d'autres termes, nous ne pouvons pas rejeter « l'hypothèse de la vie » comme hautement improbable. Rejeter l'hypothèse de la vie, nous avons besoin de plus de données des futures missions, " il ajouta.

Les auteurs espèrent que leur article fournit des orientations pour des études visant à mieux comprendre les observations faites par Cassini et qu'il encourage la recherche pour élucider les processus abiotiques qui pourraient produire suffisamment de méthane pour expliquer les données.

Par exemple, le méthane pourrait provenir de la décomposition chimique de la matière organique primordiale qui pourrait être présente dans le noyau d'Encelade et qui pourrait être partiellement transformée en dihydrogène, le méthane et le dioxyde de carbone par le processus hydrothermal. Cette hypothèse est très plausible s'il s'avère qu'Encelade s'est formée par accrétion de matière riche en matière organique fournie par les comètes, expliqua Ferrière.

« Cela se résume en partie à la probabilité que nous pensons que différentes hypothèses sont au départ, " dit-il. " Par exemple, si nous estimons que la probabilité de vie à Encelade est extrêmement faible, alors de tels mécanismes abiotiques alternatifs deviennent beaucoup plus probables, même s'ils sont très extraterrestres par rapport à ce que nous connaissons ici sur Terre."

Selon les auteurs, une avancée très prometteuse de l'article réside dans sa méthodologie, car il ne se limite pas à des systèmes spécifiques tels que les océans intérieurs de lunes glacées et ouvre la voie au traitement des données chimiques des planètes extérieures au système solaire à mesure qu'elles deviennent disponibles dans les décennies à venir.