Projet de recherche P7/15 (Action de recherche P7)
L'évolution des planètes est dictée par la composition, la structure, et la température de leur noyau interne, de leur manteau, de leur lithosphère, de leur croûte, et par les interactions avec les océans et l’atmosphère s’ils existent. Cette proposition de recherche vise à mieux comprendre les relations fondamentales et les interactions entre ces différents réservoirs planétaires ainsi que leurs évolutions dans le temps, ce qui donnera un éclairage nouveau sur l'origine et la préservation de la vie sur les planètes, la Terre y compris.
L'approche interdisciplinaire appliquée dans ce projet va au-delà des études actuelles des sciences du système Terre, de la planétologie et / ou de l'astronomie en
- englobant toute la planète de la haute atmosphère à l'intérieur profond, dans le cadre d’une étude de son habitabilité;
- considérant, outre la Terre, toute une gamme de corps telluriques du système solaire, des planètes semblables à la Terre jusqu’aux satellites naturels et aux astéroïdes indifférenciés.
Une attention particulière est consacrée à Mars, ainsi qu’aux planètes et aux satellites possédant une atmosphère (Terre, Mars, Vénus et Titan) ou un océan (par exemple Europe) parce que ce sont les meilleurs candidats pour accueillir la vie.
Le Pôle d'attraction interuniversitaire (PAI) ‘PLANET TOPERS’ (PLANÈTes: étude du Transfert, Origine, Préservation, et Evolution de leurs RéservoirS) s’intéresse à quatre thèmes principaux : (1) l’interaction entre l’intérieur et l’atmosphère, (2) l’interaction entre l’atmosphère et l’espace, (3) l’identification des traceurs préservés de la vie et l’interaction de la vie avec l’évolution planétaire, et (4) l’accrétion et l’évolution des planètes. Les quatre thèmes s’intègrent dans une histoire comparative des conditions d’habitabilité de Mars, la Terre et Vénus.
Le programme de recherche est basé sur des modèles existants des réservoirs considérés individuellement et développés par les partenaires; ces modèles seront raffinés et couplés entre eux. Le projet intègre également les résultats les plus récents obtenus en géodésie planétaire (qui sonde les profondeurs de l’intérieur des corps telluriques), en télédétection appliquée aux atmosphères, ainsi que par l’étude en laboratoire d’échantillons de météorites et les observations de traces de vie dans le passé et le présent dans des conditions extrêmes. La détection de biosignatures et de traces de vie sur la Terre primitive sert de cas d’étude pour raffiner les techniques permettant d’éventuellement détecter des habitats et même une possible vie sur d’autres planètes. Un accent particulier est également placé sur les processus d’impact, importants pour l’évolution de la planète, ainsi que sur les météorites qui documentent l’évolution du Système Solaire primitif et témoignent des processus géologiques se déroulant au sein d’autres corps planétaires. La recherche proposée s’appuie également sur des mesures spectroscopiques et isotopiques en laboratoire, des développements analytiques géochimiques, et des calculs théoriques pour déterminer les paramètres de base et percer à jour les mécanismes de réaction permettant la récupération optimale de l'information à partir des données d'observation, offrant ainsi une meilleure compréhension de la chimie, de la physique et de la dynamique des atmosphères et des matériaux rocheux.
La recherche effectuée par le PAI est organisée de la manière suivante :
A) BUT: mieux comprendre le concept d'habitabilité, à savoir les conditions environnementales capables de maintenir la vie.
B) OBJECTIFS:
- Améliorer notre compréhension de l'évolution thermique et compositionnelle des différents réservoirs (noyau, manteau, croûte, atmosphère, l'hydrosphère, la cryosphère, et l'espace) en considérant les interactions et les mécanismes de rétroaction ;
- Etudier la chronologie des processus de différenciation, les conditions de l'apparition de tectonique des plaques et le recyclage de la croûte et leurs implications pour l'évolution primitive thermique et compositionnelle d'une planète ;
- Etudier le rôle des impacts de météorites et de comètes sur l'évolution de l'atmosphère des planètes, en termes de perte et renouvèlement de l'atmosphère, voire même d’un changement possible du champ magnétique ;
- Déterminer les contraintes tirées de l’analyse des météorites, afin de mieux comprendre le processus d'impact et les flux d'impacteurs en fonction du temps ;
- Identifier les biosignatures préservées et comprendre les interactions entre la vie et les réservoirs géochimiques en fonction du temps; chercher des traces de vie, avec la Terre primitive comme cas d’étude ;
- Effectuer une comparaison détaillée de l'habitabilité de Mars, la Terre et Vénus, basée sur l'analyse intégrée des réservoirs en interaction.
C) METHODOLOGIES:
- Télédétection: analyser et interpréter les données enregistrées par les instruments existants (situés dans l'espace et au sol), en utilisant des modèles améliorés, comme les modèles de transfert radiatif des atmosphères planétaires ou les modèle thermiques et compositionnels des intérieurs des planètes;
- Mesures in situ: examen des traceurs de la vie sur le matériau de la Terre primitive (biosignatures) et des échantillons extraterrestres (météorites), mesure des champs et des particules dans l'espace par les missions actuelles et futures;
- Mesures de laboratoire et développement de méthodes analytiques et théories en appui à la recherche;
- Développement et amélioration de modèles, en intégrant de nouveaux résultats de données expérimentales ou de sondes spatiales.
Mars, Vénus et la Terre primitives sont d’un intérêt préférentiel en termes d'évolution globale. Ces planètes ont en effet commencé leur évolution de manière similaire, mais ont divergé il y a environ 4 Milliard d’années. Les raisons de cette divergence dans l'évolution seront abordées dans le cadre d’études comparatives de l’ensemble des corps telluriques, comprenant également des corps rocheux qui dès le départ ont suivi une évolution différente, tels que Mercure, les lunes telluriques ou les petits corps rocheux dans la ceinture d'astéroïdes.
Le réseau du PAI implique des équipes associant des compétences différentes mais très complémentaires. Les partenaires belges appartiennent à deux institutions fédérales, quatre universités belges et à un centre de recherche Allemand. Le pôle regroupe des compétences existantes et reconnues internationalement en sciences planétaires, géobiologie, cosmo/géochimie, chimie analytique et physique, dans le but d'établir une infrastructure-réseau interdisciplinaire solide en Belgique. Grâce à cette synergie, il permettra de réaliser une recherche de pointe dans l'évolution planétaire et de renforcer la compétitivité internationale des équipes belges impliquées. Les formations des étudiants doctorants et des post-docs, les groupes de travail, les semaines/ateliers de travail de PLANET TOPPERS et les activités de sensibilisation du public constitueront la colonne vertébrale des activités du PAI. Toutes ces activités seront en outre renforcées par des échanges transversaux de compétences et une communication qui se concentre sur l'optimisation des interactions entre les scientifiques impliqués.
Comme la stratégie de recherche se focalisera principalement sur l’examen et la compréhension des mécanismes et des échanges entre les différents réservoirs planétaires, des méthodes spécifiques seront développées pour stimuler les collaborations internes, par exemple en mettant l'accent, à travers la définition de sujets de recherche de doctorat et de recherche postdoctorale, sur l'interaction entre les différents réservoirs, dans une approche transdisciplinaire entre les équipes. En pleine coopération et synergie avec notre partenaire étranger, notre objectif est d'évoluer vers un centre d'excellence en planétologie, astrobiologie et habitabilité au niveau international.
Déterminer la possibilité de vie extraterrestre et ses limitations est une tâche d'une importance fondamentale pour l'humanité avec des implications philosophiques profondes. En évaluant les interactions entre la vie et l'évolution des planètes à large échelle, le projet PLANET TOPERS permet encore de mettre en perspective l'évolution de notre planète (et même les effets anthropiques actuelles).
