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Environnements planétaires et origines de la vie (EPOV)
Contexte
L'existence "d'autres Mondes" est une question ancienne et fondamentale pour l'humanité. Cette question, formulée de manières très différentes selon les époques et les contextes, est déclinée aujourd'hui par les scientifiques de façon précise :
- Comment les systèmes planétaires se forment-ils et évoluent-ils? Comment les propriétés de l'étoile et l’environnement astrophysique dans son ensemble influencent-ils son cortège planétaire ?
- Quelles sont les caractéristiques des planètes extrasolaires (atmosphère et structure interne) ? Quelle est la fréquence des objets semblables à la Terre ?
- Quelles sont les conditions nécessaires à l'origine de la vie, et par quels processus un système chimique peut-il acquérir les propriétés lui conférant la qualité d’ «organisme vivant » ?
- Existe t-il des traces de vie extraterrestre passée dans notre environnement proche (Système Solaire) qui puissent permettre de comprendre l’apparition de la vie sur Terre ?
- Quelles signatures de vie pouvons-nous détecter dans les systèmes planétaires extrasolaires et comment pouvons-nous en confirmer la nature ?
Les outils d'investigation progressent aujourd'hui très vite et il est admis que ces questions trouveront des réponses ou au moins d'importants éléments de réponse dans les décennies à venir. Etant donnés les enjeux, qu'ils soient scientifiques, philosophiques, sociologiques ou simplement liés à la curiosité humaine, la question des « origines » représente aujourd'hui un thème prioritaire dans la plupart des communautés scientifiques et constitue un domaine particulièrement concurrentiel au niveau mondial.
Objectif du programme
L’étude des origines de la vie sur Terre et l’étude des conditions et des processus qui ont permis (et qui permettent) la formation et l’évolution de la vie là où les conditions environnementales sont favorables est un défi scientifique majeur qui mobilise plusieurs champs disciplinaires.
L'objectif du programme est de susciter des collaborations nouvelles, d’encourager et d’accompagner des projets novateurs pour progresser plus rapidement et plus efficacement dans les développements instrumentaux, expérimentaux et théoriques nécessaires pour répondre aux questions posées. Il s’agit en particulier d’intensifier la collaboration déjà existante entre les diverses communautés au moyen de rencontres et d’actions communes.
Ce programme vise en particulier à permettre des collaborations plus étroites encore entre les sciences des «planètes et de la vie » et les sciences de l’ingénieur.
Par la nature même des objets observés (planètes dont la très faible luminosité est noyée dans l’éclat de leur étoile hôte), l’observation des systèmes planétaires et l’analyse physico-chimique de leurs composantes sont en effet extrêmement difficiles et nécessitent la mise au point de techniques nouvelles : coronographie à très haute dynamique, observations à haute résolution angulaire, spectroscopie d’objets très faibles. Bien que très différente de l’observation à distance des exoplanètes, l’observation in situ dans notre Système Solaire présente également des difficultés techniques importantes (définition, réalisation, fiabilisation de l’instrumentation embarquée, variabilité et connaissance partielle des environnements rencontrés…). Ces développements font appel à des concepts (optiques, mécaniques, thermiques, …) qui nécessitent également en amont des développements techniques originaux.
Enjeu scientifique interdisciplinaire
La recherche de la distribution de la vie dans l’univers, qui sera rendue possible par la détection et l’analyse spectroscopique des exoplanètes telluriques et l’exploration in situ du système solaire, nécessite de porter une attention particulière aux environnements extrêmes longtemps considérés comme hostiles à toute forme de vie. Ce nouveau champ d’exploration étend considérablement les critères dits « d’habitabilité » nous amenant certainement à en revoir les acceptations classiques et devrait permettre d’envisager l’existence d’autres formes de vie. Un effort conceptuel considérable doit être accompli dans ce domaine.
La réflexion a permis également de dégager des points durs, qui nécessitent plus particulièrement une approche interdisciplinaire et qui sont particulièrement encouragés par le programme :
- Caractérisation des exoplanètes. Rôle de l'environnement astrophysique (étoile hôte, autres planètes) sur les propriétés des planètes. Développement de l’instrumentation associée,
- Origines des matériaux organiques primitifs du système solaire et plus généralement des systèmes planétaires. Processus d'altération et d'évolution de ces matériaux par les rayonnements et les chocs,
- Etudes des processus atmosphériques et géologiques qui déterminent les environnements planétaires primitifs (sur la Terre ou sur d'autres planètes). Révision des critères d'habitabilité à la lumière de ces études,
- Recherches géo-microbiologiques permettant d’approfondir nos connaissances des premières niches écologiques et des premiers micro-organismes. Ces travaux permettant de comprendre les interactions réversibles vie - environnement (ex : conséquences de l’émergence du vivant sur l’évolution planétaire ; oxygénation, etc) pourraient permettre l'élaboration de critères de détection de vie à distance et guider les développements technologiques nécessaires,
- Etudes de formes de vie et de systèmes moléculaires en conditions extrêmes. Exploration des facteurs physiques (Température, Pression, Sels, Rayonnements, etc) susceptibles d’intervenir dans le développement de la vie au niveau moléculaire et/ou cellulaire. Application à la notion d’habitabilité,
- Synthèses chimiques des briques élémentaires du vivant, complexification, apparition de l’homochiralité. Processus biochimiques précoces de collecte de l'énergie et de formation de matière organique,
- Extractions, identifications, caractérisations de matière organique d'origine biologique à partir de substances minérales (météorites, fossiles naturels et artificiels, etc),
- Couplage de sources d’énergie, minérale et/ou organique, à des séquences de réactions, modèles plausibles de systèmes métaboliques. Etudes de dynamiques des systèmes chimiques et biochimiques capables de se reproduire (autocatalyse, réplication). Systèmes-modèles (ex : analyse des capacités multiples des ribozymes dans un monde d'ARN). Systèmes d’auto-assemblage et d’auto-organisation permettant de comprendre les étapes de la compartimentation. Intégration en supersystèmes (chimie systémique). Etudes expérimentales et théoriques d’entités considérées comme « à la frontière du vivant »,
- Approches expérimentales et théoriques de la biologie systémique en rapport avec le développement de la biologie synthétique (e.g conception de cellules minimales). Liens avec la biologie évolutive dans ce domaine précis d’investigation,
- Approches informatiques et bioinformatiques en rapport avec les travaux de « vie artificielle » ainsi que les modélisations et modèles mathématiques de morphogenèses par exemple.
Modes d’action
Le programme fonctionne par appels d’offre et sélection des projets par le conseil scientifique une fois par an. Les projets sont évalués à l’aide de critères, où la qualité scientifique du projet, la solidité des équipes joueront un rôle majeur, mais également en prenant en compte le caractère interdisciplinaire en conformité avec les objectifs du programme.
Plus qu’un simple pourvoyeur de moyen, le programme souhaite également encourager l’organisation :
- de colloques interdisciplinaires comme il l’a été fait pour « Origine des planètes et de la vie »,
- d’ateliers, plus légers, sur une thématique précise et très en pointe dans le sujet,
- d’écoles thématiques destinées aux doctorants, post-doctorants et chercheurs.
Ces activités visent à développer, structurer une communauté naissante, et à en former les futurs acteurs.
Plus généralement, le programme souhaite favoriser toute activité qui permette de structurer la communauté, l’aider dans sa réflexion vis à vis des futurs grands projets et rapprocher les différentes thématiques scientifiques, par exemple la mise en place de réseaux spécifiques de diffusion des informations relatives à la thématique (wiki, sites web…).
Partenariats
L’objet même du programme l’inscrit dans une dynamique de partenariat :
- Avec les agences spatiales, et le CNES en particulier. Le partenariat avec le CNES s’inscrit dans le cadre de la définition et la préparation des futures missions d’observation et d’analyse des exoplanètes, ainsi que les missions de collectes et d’analyses d’échantillons, qu’ils soient cométaires, astéroïdaux ou martiens.
- Avec les autres organismes de recherches tels le CEA, les universités françaises, et parfois étrangères, de manière à coordonner des projets.
- Avec les autres programmes nationaux de l'INSU qui sont impliqués dans la thématique. En particulier, coordination avec le Programme National de Planétologie. Là encore, la transdisciplinarité du futur programme est une spécificité propre.
- Avec les programmes européens et internationaux : Il s’agit également de susciter ou de coordonner les réponses aux appels d’offres européens, en particulier sur les très gros projets (forages exploratoires, préparation à l’analyses d’échantillons extraterrestres...).
Organisation
Directeur scientifique : Jean-François Stéphan, directeur de l'INSU
Instituts scientifiques concernés : INSU, INC, INEE, INP, INSB, INSHS et INSIS
Directeur du Programme : Marc Ollivier
Présidente du Conseil Scientifique : Marie-Christine Maurel
Secrétaire du Conseil Scientifique : Louis d’Hendecourt
