Que se trame-t-il sous la surface?

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Le recyclage du soufre ancien dans des rochers vieux de milliards d’années alimente des écosystèmes dans les profondeurs de la Terre et éclaire la recherche de vie sur Mars

De prime abord, les roches anciennes n’ont rien de bien hospitalier. Pourtant, leurs eaux de fractionnement – qui n’ont pas vu la lumière du soleil depuis des millions, voire des milliards, d’années – peuvent alimenter un vaste écosystème de colonies microbiennes. Des scientifiques ont, en effet, découvert la source d’énergie essentielle à la vie des kilomètres sous la surface terrestre. Et leur découverte jette un nouvel éclairage sur l’existence possible de vie sur Mars.

« La lumière du soleil est normalement essentielle à la vie, mais ces microbes des profondeurs de la Terre semblent se contenter du peu d’énergie que leur procure l’eau emprisonnée dans ces roches anciennes », explique Long Li, professeur adjoint au Département des sciences de la Terre et de l’atmosphère de l’Université de l’Alberta. Les deux substances vitales contenues dans ces eaux de fractionnement sont l’hydrogène (donneur d’électrons) et le sulfate (accepteur d’électrons). Il semble évident que l’hydrogène est issu des réactions entre l’eau et les minéraux rocheux, mais qu’en est-il du sulfate? 

Le Pr Li et ses collaborateurs de l’Université de Toronto et de l’Université McGill ont étudié la distribution d’isotopes multiples – c’est-à-dire des atomes de soufre contenant un nombre différent de neutrons – dans le sulfate dissous provenant d’une eau « vieille de milliards d’années » recueillie 2,4 kilomètres sous la surface terrestre dans le nord de l’Ontario, plus précisément dans le Bouclier canadien, qui date du Précambrien. Ils ont observé un schéma de distribution particulier qu’ils ont appelé fractionnement des isotopes du soufre indépendant de la masse

Cette signature, croit-on, témoignerait de réactions photochimiques intervenues dans la jeune atmosphère terrestre avant la Grande Oxydation, qui remonte à 2,4 milliards d’années. À ce jour, cette signature du soufre ancien n’a été observée que dans les roches et les minéraux. Comme la signature isotopique du sulfate dissous concordait avec celle de la pyrite dans les rochers hôtes vieux de 2,7 milliards d’années, les auteurs ont démontré que le sulfate résultait de l’oxydation des minéraux sulfurés présents dans ces rochers, sous l’effet d’oxydants produits par la radiolyse de l’eau. 

« Le sulfate de ces eaux anciennes est différent du sulfate qu’on trouve aujourd’hui dans les eaux de surface. Nous avons constaté que, tout comme l’hydrogène, le sulfate était produit sur place et procédait d’une réaction entre l’eau et le roc. C’est donc une réaction naturelle, qui persistera tant que l’eau et le roc seront en contact, c’est-à-dire potentiellement pendant des milliards d’années.

« Cette découverte frappe l’imagination », souligne le Pr Li. « Les rochers vieux de milliards d’années, qu’ils soient visibles ou non, constituent près de 70 pour cent de la croûte continentale. « Si les processus géologiques naturels peuvent fournir une source d’énergie constante au sein de ces formations rocheuses, il y a lieu de penser que notre biosphère souterraine pourrait s’élargir et s’approfondir notablement. »

La surface de la planète Mars est, elle aussi, dominée par des rochers vieux de milliards d’années. De fait, en certains lieux de la mystérieuse planète rouge, l’assemblage minéral est semblable à celui de la zone explorée dans le nord de l’Ontario. Il n’en faut pas plus pour que les scientifiques envisagent la possibilité d’une vie microbienne sur Mars. 

« Comme cette configuration géologique était assez fréquente sur la Terre à ses débuts et l’est également sur Mars aujourd’hui, nous pensons qu’en présence d’eau et des bons minéraux, peut-être des kilomètres sous la surface martienne, la production de l’énergie nécessaire à la vie microbienne est possible. Je n’affirme pas que ces microbes existent hors de tout doute : je dis simplement que les conditions sur Mars sont propices à la vie microbienne. »

Y a-t-il de la vie sur Mars? Voilà une question qui, depuis longtemps, en taraude plus d’un. S’il y a de la vie sur la planète rouge à l’heure actuelle, conclut le Pr Li, c’est fort probablement sous la surface martienne qu’on la trouvera.

C’est ce que croit également Lyle Whyte, professeur à McGill et chercheur principal du Programme de formation en astrobiologie canadienne, un programme FONCER (formation orientée vers la nouveauté, la collaboration et l’expérience en recherche) du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG), qui a contribué à la réalisation de ce projet de recherche pancanadien. « C’est absolument fascinant, parce que la recherche a montré que les microbes pouvaient, en s’alimentant de substrats issus de la radiation, survivre dans les profondeurs de la Terre, mais également au sein d’autres formations du système solaire, que ce soit Mars, Europe ou Encelade. »

« Des découvertes comme celle-ci, il y en a eu d’autres dans le programme FONCER en général, et dans le Programme de formation en astrobiologie canadienne dirigé par McGill en particulier. Elles témoignent avec éloquence de l’esprit de collaboration qui anime depuis longtemps le milieu de la science au Canada », poursuit le Pr Whyte.

L’article « Sulfur mass-independent fractionation in subsurface fracture waters indicates a long-standing sulfur cycle in Precambrian rocks » a été publié dans le numéro du 27 octobre 2016 de Nature Communications, revue en libre accès du groupe de publications Nature.

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