Des planètes-surprises

Christophe SOTIN et Laurent GEOFFROY

Connaît-on bien le Système solaire aujourd’hui ?
Christophe SOTIN : Nos connaissances du Système solaire ont explosé grâce à son exploration par des sondes spatiales. Or celle-ci a débuté il y a 40 ans seulement. C’est elle qui a permis d’entreprendre l’histoire des planètes, une chose impossible auparavant. Mars a été d’emblée privilégiée à cause de sa proximité, de ses caractéristiques communes avec la Terre et de la possibilité relativement aisée d’y poser des engins. Elle mobilise aujourd’hui une bonne partie des missions robotisées dans un cadre de coopération devenu très international.

On a longtemps pensé que Mars pouvait abriter la vie. L’intérêt pour cette planète a grandi quand on a obtenu des indices forts en faveur d’une présence passée de grandes quantités d’eau liquide. Comprendre les interactions de cette eau liquide avec la croûte martienne et savoir ce qu’elle est devenue (des radars pénétrateurs ont révélé son absence dans les 5 premiers kilomètres) peuvent enrichir nos connaissances des mécanismes géologiques terrestres car les comparaisons sont une source de questions pertinentes (cf. par exemple Des lacs en lobes).

Les sondes spatiales ont détecté des océans sous la croûte glacée des satellites de Jupiter ou de Saturne. La mission Cassini nous a dévoilé la surface de Titan, ses rivières, lacs, champs de dunes, montagnes, cratères d’impact et structures cryovolcaniques (cf. Les frasques d'Encelade). Plutôt inattendues, ces découvertes ont pesé sur le choix des cibles prioritaires actuelles de la communauté internationale : Titan, qui est riche en molécules carbonées et azotées, et Europe, dont l’intérieur recèle des conditions proches de celles qui existent au fond des océans terrestres.

L’enjeu n’est pas uniquement d’y observer des phénomènes en rapport avec l’émergence de vie, il s’agit aussi de mieux connaître les processus, évolutifs ou stables, apparus sur chacun des astres du Système solaire, dont la diversité est une source permanente d’étonnement. Il reste beaucoup à faire, mais les recherches récentes ont déjà apporté de nombreux progrès dans la compréhension de ce qui gouverne l’évolution d’une planète : masse, composition chimique... et les interactions entre les différentes enveloppes (graine solide, noyau liquide, manteau, croûte, hydrosphère, atmosphère, magnétosphère) qui font l’unicité de la Terre.

Comment faire l’histoire d’une planète ?
Ch. S. : Il faut avant tout multiplier et croiser les observations. Les sondes spatiales observent principalement les enveloppes externes (surface, atmosphère, magnétosphère) mais les données collectées rendent possibles de nombreuses déductions. Par exemple, les terrains les plus cratérisés sont les plus anciens ; la mesure du champ magnétique de Mars nous a permis de prouver l’existence passée d’un noyau liquide et celle du champ d’Europe de conclure à la présence d’un océan sous la surface ; certains gaz rares de l’atmosphère de Titan témoignent d’une activité géologique récente, etc. La liste est longue !

Être capable d’interpréter ainsi les données et d’échafauder des scénarios d’évolution nécessite de faire collaborer diverses disciplines et de s’appuyer sur les connaissances relatives à la Terre, où les moyens de mesure (notamment de datation) sont abondants. Il faut mobiliser une large panoplie de méthodes spécifiques, pour identifier les roches, caractériser les mouvements de terrain, établir des modèles de flux de matière à l’intérieur du manteau et du noyau, de liquide et de gaz à travers la croûte ou à la surface de la planète, puis confronter aux observations les résultats des calculs fondés sur ces modèles...

C’est cet intérêt d’associer des géologues à des astronomes spécialistes de l’observation des planètes qui a présidé à la création du LPGNantes. La compétence interdisciplinaire de ce laboratoire est aujourd’hui reconnue dans le monde et le fait participer à la plupart des projets majeurs d’exploration planétaire... qui n’en est encore qu’à ses débuts.

Qu’est-ce qui caractérise la géologie actuelle ?
Laurent GEOFFROY : Les sciences de la Terre ont radicalement évolué depuis 40 ans. La tectonique des plaques a révolutionné notre conception du fonctionnement de notre planète, en nous faisant découvrir à quel point celle-ci a pu changer et combien les processus de surface sont couplés à des processus profonds.

Jadis, le géologue était naturaliste : avant tout, il décrivait ce qu’il voyait. Aujourd’hui, il interprète ; il modélise. Il doit pour cela recourir à la chimie et à la physique (sismologie, gravimétrie, thermodynamique...). Il acquiert des données (prélèvements ou mesures sur le terrain, observations par satellite) et les confronte aux résultats d’études précédentes, ébauche un modèle à partir de cette confrontation, puis vérifie ou affine ce modèle par l’expérience, soit en imitant la nature (modélisation analogique), soit avec des calculs basés sur des équations (modélisation numérique).

Les géosciences constituent ainsi un champ disciplinaire très riche. Néanmoins, elles ne sont pas « exactes » : elles approchent toujours plus la réalité du phénomène géologique sans pouvoir toutefois prétendre l’expliquer intégralement, tant il est complexe.

Le géoscientifique doit en permanence justifier les simplifications qu’il est amené à faire pour rendre les phénomènes explicables. Mais surtout, il doit nourrir sa connaissance d’observations in situ. Au Mans, à titre d’exemple, nous avons développé l’exploration des marges passives arctiques (cf.La Terre comme un autocuiseur) et réalisé une dizaine d’expéditions sur ce thème avec l’aide logistique de l’Institut Paul-Émile-Victor à Brest.

De nombreux jeunes sont attirés par ce côté « explorateur ». Ils ont d’autant plus raison que la Terre reste encore largement inconnue, contrairement à ce qu’on pourrait penser, et qu’il s’agit non seulement d’aventure humaine (voire sportive !) mais aussi intellectuelle. Extraire de la nature une donnée utile ou établir une relation logique entre les objets est très excitant.

Quels sont les grands enjeux des géosciences ?
L. G. : Ils sont nombreux, mais les financements des recherches ciblent de plus en plus des problématiques directement liées au contexte socio-économique et environnemental : risques naturels, ressources énergétiques, changement climatique... Il ne faut pourtant pas oublier que les recherches fondamentales sont pourvoyeuses de solutions majeures (par exemple, sans elles, on n’aurait pas trouvé beaucoup de pétrole) ; en ce sens, l’étude des autres planètes peut aussi s’avérer utile.

Pour ce qui concerne les tremblements de terre, les sismologues sont encore très peu capables de les prévoir à court terme, mais la connaissance des mécanismes qui en sont à l’origine a considérablement progressé.

Le déclin des réserves d’hydrocarbures ne pourra être pallié à temps par des énergies de substitution. Il faut d’urgence trouver de nouveaux gisements, dans des lieux d’accès difficile et très coûteux, tels les bassins sédimentaires situés sous de larges épaisseurs de lave (marges passives volcaniques). Les pétroliers n’ont pas le droit à l’erreur ; c’est pourquoi ils se tournent vers les géologues. Ces derniers sont également sollicités pour découvrir des gisements d’uranium (combustible nucléaire), résoudre le problème du stockage des déchets radioactifs, ou développer des énergies propres comme la géothermie. Notre laboratoire réalise des campagnes d’études sismologiques en Islande et des modélisations de réservoirs de fluides hautement énergétiques dits supercritiques, comme un mélange H2O-NaCl à pression et température très élevées, en collaboration avec plusieurs partenaires nationaux et internationaux. En France, ce projet nommé Geoflux est soutenu par la Région Pays de la Loire.

Quant au réchauffement climatique, plus préoccupant par sa rapidité que par son amplitude, il s’agit de mieux connaître les mécanismes naturels d’extraction du CO2 de l’atmosphère et d’étudier les possibilités d’en stocker artificiellement dans des milieux profonds, fracturés ou poreux, ou dans des minéraux silicatés comme l’olivine.

Enfin, n’oublions pas le problème des ressources en eau. L’expertise de l’hydrogéologue est cruciale pour mieux connaître ces ressources et faire face aux pollutions et aux pénuries croissantes.