Le rover Curiosity de la Nasa a pris ce selfie le 25 octobre 2020, après avoir prélevé un échantillon de roche à un endroit surnommé « Mary Anning ». Après des années d’analyses approfondies, l’échantillon a révélé la plus grande diversité de molécules organiques jamais trouvée sur Mars. (Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS)
C’est en septembre 2020 (sol 2879) que le rover Curiosity a foré la roche baptisée Mary Anning 3, au cœur du cratère Gale, pour l’analyser avec l’instrument SAM. Il a ensuite fallu cinq ans d’analyse pour identifier les 21 molécules organiques présentes dans l’échantillon, dont certaines ont été détectées pour la première fois sur Mars.
Les forages
Le rover Curiosity a atterri sur Mars le 6 août 2012, avec pour objectif l’exploration de l’habitabilité de Mars dans le passé [1]. Équipé de dix instruments dédiés à l’identification et l’analyse des différents échantillons qui seront prélevés au cours de ses pérégrinations, il a au cours de ces quatorze ans sillonné le cratère Gale, formé il y a 3,7 milliards d’années, à l’époque où la vie est apparue sur Terre.
Un premier forage effectué en 2013 dans la dépression « Yellowknife Bay » (le forage Cumberland) a permis l’identification de longues chaînes carbonées dans cet échantillon martien prélevé dans un sol qui héberge des dépôts fluvio-lacustres, raison de son choix pour la mission MSL (Mars Science Laboratory), ensuite appelée Curiosity, de la Nasa. Les analyses à l’aide de l’instrument SAM à bord du rover ont permis l’identification de très longues chaînes carbonées [2], comme rappelé récemment dans l’Astronomie (no 194, juin 2025).
Après Yellowknife Bay, Curiosity s’est dirigé vers les premières pentes du mont Sharp autrefois recouvertes de lacs et de cours d’eau, où un autre territoire appelé « Glen Torridon » a été choisi comme terrain d’investigation (fig. 1). C’est une zone riche en minéraux argileux (des phyllosilicates) particulièrement efficaces pour la conservation de la matière organique et qui témoignent d’un passé humide dans cette zone ; de nouveaux forages ont été effectués, toujours dans le même objectif d’y dénicher des traces de matière organique. Le 3 mai 2021 (sol 2879 de la mission Curiosity), la roche baptisée Mary Anning 3 a été forée (fig. 2). La foreuse, fixée à l’extrémité du bras robotique, pulvérise la roche et introduit la poudre dans une coupelle de l’instrument SAM [3] (Sample Analysis on Mars) qui est un mini-laboratoire à bord de Curiosity où se font les analyses des échantillons forés.
La caméra MastCam de Curiosity a capturé le 3 février 2019 cette mosaïque de la région du mont Sharp riche en roches argileuses formées il y a des milliards d’années, à l’époque où des lacs et des cours d’eau existaient. L’échantillon « Mary Anning 3 » a été découvert dans cette zone argileuse. (Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS)
Gros plan sur la roche « Mary Anning », forée par Curiosity ; l’échantillon dans lequel le rover a trouvé un grand nombre de molécules organiques provient de « Mary Anning 3 ». (Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS)
Les analyses
Dans une première étape de l’analyse, appelée thermochemolyse [4], les minéraux à analyser sont soumis à l’action d’un réactif alcalin appelé TMAH (hydroxyde de tétraméthylammonium), ce qui représente une amélioration notoire par rapport à l’analyse de l’échantillon Cumberland, où ce réactif n’était pas utilisé. L’utilisation du TMAH libère les molécules piégées dans les minéraux de la roche, avant que l’ensemble ne soit chauffé dans un four porté à 550 °C. Ce traitement permet leur analyse par les trois instruments composant SAM, à savoir un chromatographe en phase gazeuse, un spectromètre de masse et un spectromètre à absorption laser ; le chromatographe sépare les composants qui sont envoyés vers le spectromètre de masse pour identification moléculaire et le spectromètre à absorption laser afin d’obtenir la composition isotopique du carbone et de l’oxygène [4].
Un article récent, paru dans Nature Communications [5] précise la grande variété de molécules organiques complexes identifiées. Vingt et une molécules carbonées ont été caractérisées, certaines identiques à ce qui avait été trouvé dans l’échantillon Cumberland ; toutefois, grâce à la thermochemolyse, il a été possible de détecter sept nouvelles molécules, comprenant des cycles aromatiques, non caractérisées en l’absence de TMAH et qui sont détectées pour la première fois sur Mars : le benzothiophène (C6H4C2H2S), molécule retrouvée sur Terre et présente dans de nombreuses météorites ; le benzoate de méthyle (C8H8O2) ; le triméthylbenzène et le tétraméthylbenzène (respectivement C9H12 et C10H14) ; et enfin le naphtalène C10H8 et deux de ses composés (respectivement le dihydronaphtalène C10H10 et le méthylnaphtalène C11H10). La présence probable d’un cycle carboné contenant de l’azote est aussi soulignée.
Ces résultats sont très excitants, même si, évidemment, ils ne permettent pas d’affirmer que ces molécules, ou certaines d’entre elles, sont d’origine biologique, ce qui pourrait confirmer que la vie a existé sur Mars dans un lointain passé ; une origine géologique n’est pas à ignorer. Ce que ces résultats montrent est que l’environnement martien ancien préservait une grande diversité chimique qui a été protégée pendant plus de 3,5 milliards d’années de toute altération du manteau ou d’une interaction avec les rayonnements ayant frappé la planète.
Afin de valider leurs résultats, les auteurs de l’article ont pris la précaution de tester la technique de thermochemolyse sur Terre en l’appliquant à un échantillon de la météorite de Murchison, vieille de plus de 4 milliards d’années et comprenant des molécules organiques complexes ; le TMAH s’est révélé tout à fait capable de décomposer ces différentes molécules.
La seconde des deux seules coupelles contenant du TMAH à bord de Curiosity est présente dans l’instrument SAM, prête à être utilisée quand l’occasion se présentera.
Le futur
Les auteurs de l’étude insistent bien sur le fait que cette découverte de multiples molécules organiques complexes ne permet pas d’affirmer que la vie a existé sur Mars il y a plus de 3 milliards d’années, ces molécules pouvant avoir une origine purement géologique. Toutefois, ils soulignent l’importance de pouvoir préserver la diversité chimique présente il y a 3,5 milliards d’années et la retrouver de nos jours grâce aux expériences de thermochemolyse embarquées sur un rover ; les résultats décrits ici ouvrent la voie à une nouvelle génération d’instruments ayant la possibilité d’effectuer ce type d’analyses lors des missions futures.
Ainsi, une version améliorée de SAM, l’expérience MOMA (Mars Organic Molecule Analyser – analyseur moléculaire organique martien), est déjà prévue pour équiper le rover Rosalind-Franklin (fig. 3) du programme ExoMars de l’Esa [6], et pour pouvoir détecter des molécules organiques et établir leur origine biotique ou abiotique. Le lancement doit intervenir fin 2028 à bord d’une fusée Falcon Heavy de SpaceX depuis le Kennedy Space Center. On attend l’atterrissage sur Mars en 2030. Contrairement à Curiosity, ce rover forera jusqu’à deux mètres de profondeur, là où la matière organique reste mieux préservée des rayonnements cosmiques. De son côté, la Nasa doit équiper la mission Dragonfly avec un instrument similaire, le Dragonfly Mass Spectrometer, pour explorer Titan, la lune de Saturne riche en chimie organique, le décollage étant prévu en 2028 pour une arrivée en 2034. Ces deux instruments pourront effectuer des analyses chimiques par voie humide avec le solvant TMAH.
Vue d’artiste du rover Rosalind-Franklin. (Crédit : Thales Alenia Space)
La thermochemolyse au TMAH, testée pour la première fois sur Mars par Curiosity, s’impose ainsi comme un outil central de l’astrobiologie planétaire des prochaines décennies.
Article écrit par :
Janet Borg | Institut d’astrophysique spatiale
Notes
- La vie telle que nous pouvons l’imaginer (et la reconnaître) à partir de notre expérience terrestre se base sur la chimie du carbone en solution dans l’eau liquide et une évolution par réplication/reproduction. Pour être habitable, c’est-à-dire éventuellement propice à l’apparition de la vie, une planète doit présenter quatre critères : avoir du carbone, de l’eau liquide, une source d’énergie et une surface solide ou liquide.
- Freyssinet C. et al., « Long-chain alkanes preserved in a Martian mudstone », PNAS, 122, 2025 [https://doi.org/10.1073/pnas.2420580122].
- SAM (Sample Analysis on Mars) est développé par le Goddard Institute (Maryland, É.-U., Nasa) avec une participation française du Latmos (Laboratoire atmosphères et observations spatiales, Guyancourt) et du Lisa (Laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques, Créteil) qui ont fourni le chromatographe en phase gazeuse.
- La technique employée s’appelle la thermochemolyse. C’est une décomposition chimique à l’aide du TMAH, causée par la chaleur (ici 550 °C sous un flux d’hélium), de molécules complexes et qui peut conduire à des composés moins complexes qui seront analysés. C’est la première fois qu’elle est utilisée dans l’espace. Seule une petite quantité de TMAH a été embarquée dans le rover et les roches à analyser doivent être choisies avec précaution.
- Williams Amy J. et al., « Diverse organic molecules revealed by the first SAM TMAH experiment », Nature Communications, 17, 2026 [https://doi.org/10.1038/s41467-026-70656-0].
- Le programme ExoMars de l’Esa, qui a connu une genèse difficile à cause de son coût élevé rapporté au budget de l’Esa et de la nécessité de maîtriser les connaissances pointues en matière d’atterrissage sur Mars, devrait lancer l’astromobile Rosalind-Franklin vers Mars en octobre 2028, pour un atterrissage sur le sol martien fin novembre 2030 ; l’objectif de la mission est la recherche de vie passée ou présente sur la planète. Parmi les instruments embarqués, MOMA (Mars Organic Molecule Analyser) devra détecter des molécules organiques et établir leur origine biotique ou abiotique, à l’aide d’expériences de thermochemolyse.
