Par Hervé Cottin, professeur à l’université Paris-Est-Créteil, chercheur au LISA, et président de la SFE
Un article publié dans la revue scientifique Nature Astronomy le lundi 14 Septembre 2020 a suscité beaucoup de réactions et de « buzz » dans la sphère médiatique et sur les réseaux sociaux. Aurait-on trouvé une trace de vie sur la planète Vénus, ou au moins un indice ? [1][2][3] Ce débat est causé par l’observation d’une bande d’absorption de la molécule de phosphine (PH3) dans l’atmosphère de Vénus, une planète considérée comme notre « quasi-jumelle » dans le système solaire, si ce n’est que la température moyenne en surface y est de 460°C environ et la pression de de l’ordre de 92 bars. La planète est entourée d’une épaisse couche de nuages, qui sont essentiellement composés d’acide sulfurique ! Un véritable enfer… Alors pourquoi tout ce tintamarre ? Pourquoi, soudainement, la vie ?
Que contient donc l’article publié sous le titre « Phosphine gas in the cloud decks of Venus » (Greaves et al. (2020)) dans Nature Astronomy, une revue « fille » de Nature, la référence incontournable de l’édition scientifique ?
Il n’est pas possible d’observer la surface de la planète Vénus car elle masquée par une épaisse couche nuageuse. Ce sont dans ces nuages, composés d’acide sulfurique, que de la phosphine a été détectée (crédits : NASA/JPL-Caltech).
La première partie de l’article décrit la détection possible de la molécule de phosphine dans l’atmosphère de Vénus. Le bon usage quand on cherche à identifier des nouvelles molécules dans des environnements extraterrestres veut que l’on ne considère une détection comme avérée que si plusieurs bandes spectroscopiques, signatures de la molécule, sont aussi détectées avec des intensités relatives identiques à celles observées en laboratoire ou éventuellement calculées par un modèle prenant en compte l’environnement observé (température, pression…). La plupart des molécules laissent en effet une empreinte à différentes longueurs d’ondes (dans les domaines UV, visible, infrarouge, radio…). La détection d’une seule bande caractéristique ne permet généralement pas une attribution sans équivoque à une unique molécule. Prudents, les auteurs écrivent dans le résumé qui précède l’article qu’il s’agit d’une « présence apparente ». Mais une fois ces précautions prises, c’est bien le terme de « détection » qui est employé régulièrement dans l’article : « Les données ALMA confirment la détection de l’absorption à la longueur d’onde PH3 1-0 »[4] ou encore « PH3 est fortement détectée aux latitudes moyennes et n’est pas détectée au pôles »[5].)
Ici une seule bande est observée, mais pour compenser la non-détection d’autres raies, impossible avec les outils d’observation dont ils disposent, la même bande est alors observée avec 2 télescopes différents (JCMT et ALMA). Les auteurs considèrent que la reproduction de l’observation avec deux instruments différents permet de valider la détection. Il est bien indiqué que d’autres observations seront nécessaires à d’autres longueurs d’onde, mais ça ne sera pas facile : “Cependant, une confirmation est toujours importante pour une détection à transition unique. D’autres transitions de PH3 devraient être recherchées, bien que l’observation des caractéristiques spectrales à plus hautes longueurs d’onde puisse nécessiter un futur grand télescope aérien ou spatial »[6].
On peut noter le scepticisme dont font preuve certains des meilleurs spécialistes mondiaux du domaine des observations de molécules dans les environnements extraterrestres au sujet de la détection de la phosphine telle qu’elle est rapportée dans l’article de Greaves et al. Ce sont bien sûr des réactions à chaud données lors d’interviews et non des articles scientifiques, le temps sera au final, l’arbitre de ce débat. On peut noter par exemple dans un article publié dans le Monde [7](en ligne le 14/09) : « J’ai des doutes sur la méthode statistique employée, qui m’apparaît biaisée en faveur de leur hypothèse. Ils ont traité les données autour de la zone qui les intéressait a priori, estime Bruno Bézard, directeur de recherche au CNRS à l’Observatoire de Paris. J’ai du mal à croire à cette raie. » Ou encore dans le même article : « Emmanuel Lellouch a des doutes lui aussi. « Compte tenu de la forte intensité de la source, je suis plus que sceptique sur le fait de pouvoir observer un si petit signal. Leur “torture” des données ne me convainc pas. »
Comme les auteurs n’ont pas trouvé d’autre interprétation pour cette bande unique, ils en concluent que c’est bien de la phosphine. Un biais que l’on retrouvera ensuite, pour une question autrement plus épineuse : cette phosphine pourrait-elle être interprétée comme une biosignature et donc révéler la présence effective de vie microbienne dans ces nuages ?
La présence de PH3, si c’est vraiment de phosphine dont il s’agit, est surprenante et en cela l’annonce est intéressante. La molécule a déjà été détectée dans les atmosphères de Jupiter et de Saturne, tout comme dans le milieu interstellaire, mais les conditions physico-chimiques qui règnent dans l’atmosphère de Vénus sont bien différentes. Elles ne devraient pas, à priori, conduire à la présence de phosphine à des quantités telles que celles qui sont rapportées dans l’article : 20 ppb soit 20 molécules de PH3 pour 1 milliard de molécules, il s’agit là de traces infimes mais potentiellement détectables. Les auteurs indiquent qu’ils ont tenté de rendre compte de cette observation en utilisant des processus physico-chimiques abiotiques (formation par chimie de surface ou sous-surface, photochimie dans l’atmosphère, production par des éclairs, apports par des météorites ou des comètes…). Mais en vain, aucun moyen de modéliser la production de phosphine en telle quantité d’après eux. Les auteurs indiquent cependant que nombre de paramètres ne peuvent pas être pris en compte dans leur modèle compte tenu de notre méconnaissance de l’environnement Vénusien et des processus chimiques atypiques qui peuvent s’y dérouler : « Les informations manquent – à titre d’exemple, la photochimie des gouttelettes de nuages de Vénus est presque totalement inconnue. Par conséquent, une source photochimique possible en phase condensée pour PH3 doit être considérée (même si PH3 est oxydé par l’acide sulfurique) »[8]. Autrement dit, compte tenu de la profonde méconnaissance de la chimie des nuages vénusiens, un modèle par essence incomplet est incapable de reproduire les abondances de phosphine prétendument détectées. Toutefois, négligeant cette évidence, les auteurs soulignent, qu’il existe sur Terre des organismes vivants qui produisent de la phosphine… En prenant peu de précautions, les auteurs émettent alors l’hypothèse que la présence de telles bactéries pourrait résoudre le « problème » dont ils ont suggéré eux-mêmes qu’il n’existe pas vu la méconnaissance totale de la chimie de l’atmosphère de Vénus.
Ce saut qualitatif spectaculaire n’est pas si singulier que ça d’après les auteurs, car à l’altitude à laquelle la phosphine est détectée, les conditions sont beaucoup plus clémentes qu’en surface : une trentaine de degrés centigrades, une pression de 0.5 bars… on est donc loin des conditions infernales de la surface. Très peu d’eau cependant, ces organismes vivraient dans des gouttes d’acide sulfurique ! Pourtant le raisonnement des auteurs est le suivant : « nous ne comprenons pas d’où vient cette phosphine, alors pourquoi pas la vie… ». Les auteurs ne prennent-ils pas ici leur désir pour une réalité ?
La molécule de phosphine (PH3) représentée sur ce montage dans l’atmosphère de Vénus (crédits : ESO/M. Kornmesser/L. Calçada & NASA/JPL/Caltech).
S’agit-il encore de science ? Les quelques précautions prises par les auteurs sont-elles suffisantes ? Il y a un biais de pensée majeur dans cette étude. Il s’agit de présenter sur le même plan plusieurs hypothèses qui n’ont vraiment rien de comparable : « Le PH3 pourrait provenir d’une photochimie ou géochimie inconnue, ou, par analogie avec la production biologique de PH3 sur Terre, de la présence de vie »[9]. « Cela pourrait être une photochimie ou géochimie inconnue, ou peut-être la vie »[10]. Toute l’introduction de l’article est construite autour de la recherche de biosignatures dans les atmosphères d’autres planètes et sur le fait que la phosphine serait une biosignature tout à fait adéquate, ce qui au passage ne fait pas consensus dans la communauté scientifique même si certains des auteurs de l’article ont récemment publié à ce sujet. Mettre la vie sur le même plan que toute la chimie et géochimie qui nous sont encore très largement inconnues sur Vénus est intellectuellement fallacieux et pose un sérieux problème déontologique. Le seul intérêt est en effet d’attirer l’attention des médias sur le travail.
Les auteurs concluent leur article par : « Même si elle est confirmée, nous soulignons que la détection de PH3 n’est pas une preuve robuste pour la vie, mais seulement pour une chimie anormale et inexpliquée »[11]. Curieuse formulation alors que l’introduction de l’article est construite autour des biosignatures et de la phosphine en tant que telle et que le communiqué de presse est intitulé : « Des indices de vie sur Vénus » (« Hints of life on Venus »)[12]. Il y a un côté schizophrène dans cet article et toute la communication officielle autour, un jeu d’équilibriste entre la tentation de découverte de traces de vie, l’envie d’être les premiers à l’annoncer, et la conscience que semblent avoir les chercheurs des limites de leur travail. On peut d’ailleurs lire sur une page web accompagnant le communiqué de presse[13]: « Cela signifie-t-il qu’il y a de la vie sur Vénus? Non. Ce qui est passionnant, c’est qu’il s’agit de la première détection d’un possible signe de vie pour lequel nous n’avons aucune explication alternative plausible. Cela ne veut pas dire qu’il y a de la vie, car nous pourrions avoir négligé une autre voie de production de phosphine dans les quantités requises, mais c’est une possibilité très excitante qui nécessite plus d’études »[14].
Si on leur accorde le bénéfice du doute, on sent que les auteurs ont peut-être été tentés, en vain, de trouver un équilibre entre la juste mesure des implications de leur travail et des conclusions vertigineuses vers lesquelles ils n’ont pas pu s’empêcher de dériver, fascinés par les perspectives qui s’ouvraient à eux. Mais peut-être ont-ils aussi bien cherché volontairement à brouiller les cartes.
Trivialement parlant, on pourrait résumer l’article ainsi :
« – C’est peut-être de la phosphine, mais attention nous n’apportons pas une preuve formelle de sa détection, poursuivons quand même comme si c’était le cas. Nous ne comprenons pas d’où viendrait cette phosphine, mais admettons que ça pourrait être de la vie, mais nous n’en apportons aucune preuve… Parlons-en quand même, dans le résumé, l’introduction, répétons que nous ne prouvons absolument rien… et cherchons à publier dans un journal à forte visibilité avec un communiqué de presse intitulé « traces de vie » ! »
Il est tout à fait probable qu’ils soient conscients de ce qu’ils font et du retentissement que pourrait avoir leur découverte.
Il y a aussi dans cette publication sans doute précipitée un problème de procédure. Une partie de la discussion concernant l’origine de la phosphine repose sur un article qui n’était pas encore finalisé au moment où cet article était soumis à Nature Astronomy (les références à Baines et al., manuscript in preparation, citées p8 et p9 de l’article). Cet article a été récemment soumis à la revue Astrobiology et une version non expertisée a été postée en ligne lundi 14 septembre sur la plateforme Arxiv[15] au moment de la conférence de presse. La déontologie la plus élémentaire aurait été de faire expertiser et publier le détail du modèle avant ou au moins en même temps. À ce sujet, on peut d’ailleurs lire dans le New York Times, dans un article publié le 14 Septembre[16], une brève déclaration de James Kasting, un spécialiste renommé des atmosphères planétaires « Le modèle de composition atmosphérique qu’ils montrent est, au mieux, incomplet »[17]. Une façon assez polie de remettre en cause les calculs présentés… mais aussi de rappeler ce qui a été dit plus tôt : le modèle de base servant à l’interprétation du résultat est gravement entaché d’incertitudes et de nombreuses inconnues.
Il est tout à fait évident qu’il fallait publier cette possible détection, il existe de très bons journaux spécialisés pour cela. Nature Astronomy fait partie de ces journaux. La place du discours autour des biosignatures et de l’origine biologique de la phosphine est à mon sens exagérée et le communiqué de presse de trop. La simple annonce d’une signature possible de phosphine aurait naturellement intrigué les spécialistes qui auraient cherché à confirmer ou infirmer sa présence, sans même qu’il soit question de biosignature. Bien entendu, un tel résultat n’aurait reçu aucune couverture médiatique d’importance.
Avec un peu de cynisme mais aussi de réalisme, on peut se dire que cette annonce pourra être un moteur pour justifier l’envoi de sondes spatiales vers Vénus, une planète longtemps délaissée par les processus de sélection ultra-compétitifs des agences spatiales. Alors qu’elle est si proche de nous et si fascinante. Étudier sa chimie, sa géologie, son absence de champ magnétique interne, sa météorologie… son histoire si différente de celle de notre planète Terre, cela ne suffirait-il pas à justifier une mission spatiale ? Je ne serais pas étonné qu’une mission vers Vénus soit prochainement sélectionnée mais se poserait alors réellement un problème de déontologie au sein même des processus de sélection des missions spatiales américaines. Il faut retourner explorer Vénus. Et il faudrait aussi donner des moyens aux chercheurs qui pourraient travailler en laboratoire à mieux comprendre la chimie de Vénus.
Une vue d’artiste de ce à quoi pourrait ressembler la surface de Vénus (crédits : ESA – AOES Medialab).
L’écume du buzz retombera… Mais annonce après annonce (« fossiles » dans une météorite martienne, méthane martien, mondes océans supposés abriter de la vie puisqu’il y aurait de l’eau liquide), cette écume sédimente dans l’inconscient collectif et l’idée que la vie a déjà été détectée percole. Depuis quelques années, je donne un cours d’introduction à l’astronomie en première année de licence Chimie-Biologie/SVT à l’UPEC. Plusieurs centaines d’étudiant(e)s suivent ce cours en amphithéâtre en début d’année. La technologie permet désormais de réaliser des sondages en direct, poser des questions en plein cours. Chacun peut répondre grâce à des boitiers de votes ou directement depuis son ordinateur ou téléphone portable. Il y a une question que je pose en début de semestre : « Y a-t-il de la vie sur Mars ? » et je propose trois possibilités de réponse (a) Oui, c’est prouvé ! (b) Non, c’est certain ! (c) On n’en sait rien (pour l’instant). Chaque année, sur environ 300 à 400 réponses de jeunes d’environ 18 ans, qui ont décidé d’entamer des études scientifiques, autour de 25% d’entre eux répondent « Oui, c’est prouvé ! ». Environ 1 étudiant(e) sur 4 pense que l’une des plus grandes questions qui anime la recherche et sera certainement un enjeu majeur des prochaines décennies est déjà tranchée ! Comme tout le monde, ils baignent dans un flux continu d’informations sans en avoir forcément les clés de décryptage. En fin de semestre je n’ai plus qu’une poignée d’irréductibles (ou provocateurs) pour choisir la réponse (a).
Pour conclure, cet épisode est précurseur de situations qui risquent de devenir courantes dans le futur. Bientôt (dans 10 à 20 ans…), nous aurons la possibilité de sonder la composition d’atmosphères d’exoplanètes dont les tailles seront voisines de celle de la Terre. Des exoplanètes situées dans cette fameuse « zone habitable » autour de leur étoile, ni trop chaudes, ni trop froides pour qu’il puisse y avoir en théorie de l’eau liquide à la surface. Nous détecterons forcément des compositions inattendues, une molécule ou plusieurs, dont l’existence ou la coexistence seront difficiles à expliquer par des processus abiotiques connus… Ce sera passionnant, un défi pour des centaines de cerveaux experts qui y rechercheront des signes de vie, mais qui devront avant tout chercher à comprendre ce qui se passe de façon globale dans ces mondes lointains. Mais saurons-nous être patients ? Nous, chercheurs travaillant dans le domaine. Alors que nous pourrions avoir les premiers photons signatures de la vie ailleurs ? Alors que les pays et les universités se jaugent à coup de classements internationaux construits à partir de chiffres qu’il faut réussir à caser dans des tableurs (nombre de publications, de citations, de prix Nobels…), dans la course à qui publiera le plus et le plus rapidement, quand tout doit aller vite… Saurons-nous garder les pieds sur Terre ? Saurons-nous penser à celles et ceux qui se demandent si nous sommes seuls dans l’univers et rêvent à ce sujet alors que pour nous il s’agit d’un travail dont nous maitrisons les codes, les nuances et les subtilités. « Allez, on publie ? On ajoute des “si” et on écrit bien qu’on n’est pas sûr… et on essaye ce grand journal… et on invite la presse. » Saurons-nous respecter celles et ceux qui nous font confiance ? Saurons-nous préserver notre éthique et la crédibilité chancelante de la méthode scientifique auprès du public alors qu’un buzz plus ou moins maitrisé pourrait mettre notre laboratoire ou notre université sous les feux de rampe, nous aider à obtenir des financements pour avancer plus rapidement que les autres puisqu’on nous demande d’entrer dans un système de « recherche Darwinienne » à courte vue.
Il nous faudra cependant avancer doucement et prudemment, car nous tenons sur la confiance, et dans ce domaine aussi sur les espoirs et sur les rêves, de beaucoup de nos concitoyens.
Remerciements à Louis d’Hendecourt pour sa relecture attentive et conseils.
Notes et références :
[1] https://www.francetvinfo.fr/meteo/climat/trace-de-vie-sur-venus-une-decouverte-capitale_4106835.html
[2] https://www.leparisien.fr/societe/des-traces-de-vie-dans-les-nuages-de-venus-14-09-2020-8384433.php
[3] https://www.lexpress.fr/actualites/1/actualite/peut-etre-un-signe-de-vie-dans-les-nuages-de-venus_2134625.html
[4] « The ALMA data confirm the detection of absorption at the PH3 1–0 wavelength », p3, juste sous la légende de la figure 1.
[5] « PH3 is detected strongly at mid-latitudes and is not detected at the poles », au bas de la page 4.
[6] « However, confirmation is always important for a single-transition detection. Other PH3 transitions should be sought, although observing higher-frequency spectral features may require a future large air- or space-borne telescope » (avant-dernier paragraphe du corps principal de l’article, p7, avant Methods)
[7] https://www.lemonde.fr/sciences/article/2020/09/14/des-indices-de-vie-dans-l-atmosphere-de-venus_6052146_1650684.html
[8] “Information is lacking—as an example, the photochemistry of Venusian cloud droplets is almost completely unknown. Hence a possible droplet-phase photochemical source for PH3 must be considered (even though PH3 is oxidized by sulfuric acid)” (p6 début de la discussion)
[9] “PH3 could originate from unknown photochemistry or geochemistry, or, by analogy with biological production of PH3 on Earth, from the presence of life.” Résumé de l’article.
[10] “This could be unknown photochemistry or geochemistry, or possibly life”. p 6 début de la discussion
[11] “Even if confirmed, we emphasize that the detection of PH3 is not robust evidence for life, only for anomalous and unexplained chemistry”
[12] https://ras.ac.uk/news-and-press/news/hints-life-venus
[13] https://ras.ac.uk/news-and-press/news/venus-phosphine-detection-factsheet
[14] “Does that mean there is life on Venus? No. What’s exciting is that this is the first detection of a possible sign of life for which we have no plausible alternative explanation. That doesn’t mean that there definitely is life, as we could be missing some other method of producing phosphine in the required amounts, but it’s a very exciting possibility which needs more investigation.”
[15] https://arxiv.org/abs/2009.06499
[16] https://www.nytimes.com/2020/09/14/science/venus-life-clouds.html
[17] “The model atmospheric composition that they show is, at best, incomplete.”
Un commentaire sur l'article Vénus et la phosphine : de trop grandes espérances