Une illustration schématique du spectropolarimètre FlyPol. Crédit image :Lucas Patty.
Cela pourrait être une étape importante sur la voie de la détection de la vie sur d'autres planètes :des scientifiques sous la direction de l'Université de Berne et du National Center of Competence in Research (NCCR) PlanetS détectent une propriété moléculaire clé de tous les organismes vivants à partir d'un hélicoptère volant plusieurs kilomètres au-dessus du sol. La technologie de mesure pourrait également ouvrir des opportunités pour la télédétection de la Terre.
La main gauche et la main droite sont des images miroir presque parfaites l'une de l'autre. Mais de quelque façon qu'ils soient tordus et tournés, ils ne peuvent pas être superposés les uns aux autres. C'est pourquoi le gant gauche ne convient tout simplement pas à la main droite aussi bien qu'à la gauche. Dans la science, cette propriété est appelée chiralité.
Tout comme les mains sont chirales, les molécules peuvent être chirales, trop. En réalité, la plupart des molécules dans les cellules des organismes vivants, comme l'ADN, sont chiraux. Contrairement aux mains, cependant, qui viennent généralement par paires de gauche et de droite, les molécules de la vie se produisent presque exclusivement dans leur version « gaucher » ou leur version « droitière ». Ils sont homochiraux, comme disent les chercheurs. Pourquoi c'est, n'est toujours pas clair. Mais cette homochiralité moléculaire est une propriété caractéristique de la vie, une soi-disant biosignature.
Dans le cadre du projet MERMOZ (voir encadré), une équipe internationale dirigée par l'Université de Berne et le Centre national de compétence en recherche PRN PlanetS, a maintenant réussi à détecter cette signature à une distance de 2 kilomètres et à une vitesse de 70 km/h. Jonas Kuhn, Chef de projet MERMOZ de l'Université de Berne et co-auteur de l'étude qui vient de paraître dans la revue Astronomie et astrophysique , dit :« L'avancée significative est que ces mesures ont été effectuées dans une plate-forme qui se déplaçait, vibrant et que nous avons tout de même détecté ces biosignatures en quelques secondes. »
Un instrument qui reconnaît la matière vivante
"Lorsque la lumière est réfléchie par la matière biologique, une partie des ondes électromagnétiques de la lumière voyagera dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Ce phénomène est appelé polarisation circulaire et est causé par l'homochiralité de la matière biologique. Des spirales de lumière similaires ne sont pas produites par la nature abiotique non vivante, " dit le premier auteur de l'étude Lucas Patty, qui est chercheur postdoctoral MERMOZ à l'Université de Berne et membre du PRN PlanetS,
L'instrument spectropolarimètre FlyPol à bord de l'hélicoptère, avec laquelle l'équipe a réalisé l'expérience. Crédit d'image:Jonas Kühn
En mesurant cette polarisation circulaire, cependant, met au defie. Le signal est assez faible et représente généralement moins d'un pour cent de la lumière réfléchie. Pour le mesurer, l'équipe a développé un appareil dédié appelé spectropolarimètre. Il se compose d'une caméra équipée d'objectifs spéciaux et de récepteurs capables de séparer la polarisation circulaire du reste de la lumière.
Pourtant, même avec cet appareil élaboré, les nouveaux résultats auraient été impossibles jusqu'à récemment. « Il y a tout juste 4 ans, nous ne pouvions détecter le signal qu'à très courte distance, environ 20cm, et nécessaire de
observer le même endroit pendant plusieurs minutes pour le faire, " comme le rappelle Lucas Patty. Mais les améliorations apportées à l'instrument lui et ses collègues, permettre une détection beaucoup plus rapide et stable, et la force de la signature en polarisation circulaire persiste même avec la distance. Cela a rendu l'instrument apte pour les premières mesures aériennes de polarisation circulaire.
Mesures utiles sur terre et dans l'espace
En utilisant cet instrument amélioré, surnommé FlyPol, ils ont démontré que quelques secondes seulement après les mesures, ils pouvaient différencier les champs d'herbe, forêts et zones urbaines à partir d'un hélicoptère rapide. Les mesures montrent aisément de la matière vivante présentant les signaux de polarisation caractéristiques, tandis que les routes, par exemple, ne présentent pas de signaux de polarisation circulaire significatifs. Avec la configuration actuelle, ils sont même capables de détecter des signaux provenant d'algues dans les lacs.
Après leurs tests réussis, les scientifiques cherchent maintenant à aller encore plus loin. "La prochaine étape que nous espérons franchir, est d'effectuer des détections similaires depuis la Station spatiale internationale (ISS), en regardant la Terre. Cela nous permettra d'évaluer la détectabilité des biosignatures à l'échelle planétaire. Cette étape sera décisive pour permettre la recherche de la vie dans et au-delà de notre système solaire en utilisant la polarisation, " déclare Brice-Olivier Demory, chercheur principal et co-auteur de MERMOZ, dit professeur d'astrophysique à l'Université de Berne et membre du PRN PlanetS.
L'observation sensible de ces signaux de polarisation circulaire n'est pas seulement importante pour les futures missions de détection de vie. Lucas Patty explique :"Parce que le signal est directement lié à la composition moléculaire de la vie et donc à son fonctionnement, il peut également offrir des informations complémentaires précieuses en télédétection de la Terre. » Il peut par exemple fournir des informations sur la déforestation ou les maladies des plantes. des récifs coralliens et les effets de l'acidification sur ceux-ci.
