Malgré toutes les expéditions en haute mer et les échantillons prélevés sur les fonds marins au cours des 100 dernières années, l’homme en sait encore très peu sur les profondeurs de l’océan. Et il y a de bonnes raisons d’en savoir plus.

La plupart des tsunamis commencent par des tremblements de terre qui se produisent sous le plancher océanique ou à proximité. Les fonds marins abritent des poissons, des coraux et des communautés complexes de microbes, de crustacés et d’autres organismes. Sa topographie contrôle les courants qui distribuent la chaleur, contribuant ainsi à réguler le climat de la Terre.

Marie Tharp, née en 1920 dans le Michigan aux États-Unis, est une géologue et océanographe qui a créé des cartes qui ont changé la façon dont les personnes se représentent les deux tiers du monde. À partir de 1957, Marie Tharp et son partenaire de recherche, Bruce Heezen, ont commencé à publier les premières cartes complètes montrant les principales caractéristiques du fond des océans , montagnes, vallées et fosses.

En tant que géoscientifique, je pense que Marie Tharp devrait être aussi célèbre que Jane Goodall ou Neil Armstrong, et voici pourquoi.

Traversée de l’Atlantique

Jusque dans les années 1950, de nombreux scientifiques pensaient que les fonds marins étaient dépourvus de caractéristiques. Marie Tharp a démontré qu’ils contenaient des terrains accidentés et qu’une grande partie d’entre eux étaient disposés de manière systématique.

Ses images ont joué un rôle essentiel dans le développement de la théorie de la tectonique des plaques, c’est-à-dire l’idée selon laquelle les plaques, ou les grandes sections de la croûte terrestre, interagissent pour générer l’activité sismique et volcanique de la planète. Des chercheurs antérieurs, notamment Alfred Wegener, avaient remarqué que les côtes de l’Afrique et de l’Amérique du Sud s’emboîtaient parfaitement et avaient avancé l’idée que les continents avaient autrefois été reliés. Marie Tharp a identifié des montagnes et une vallée de rift au centre de l’océan Atlantique, un endroit où les deux continents ont pu se déchirer.

Grâce aux représentations du fond de l’océan dessinées à la main par Marie Tharp, je peux imaginer une promenade sur le fond de l’océan Atlantique, de New York à Lisbonne. Le voyage m’emmènerait le long du plateau continental. Puis je descendrais vers la plaine abyssale de Sohm. Je devrais contourner des montagnes sous-marines, appelées monts sous-marins. J’entamerais ensuite une lente ascension de la dorsale médio-atlantique, une chaîne submergée de montagnes nord-sud.

Après être montée à 2 500 mètres sous le niveau de la mer jusqu’au sommet de la dorsale, je redescendrais de plusieurs centaines de mètres, traverserais le rift central de la dorsale et remonterais par-dessus le bord oriental de la dorsale. Je redescendais ensuite vers le fond de l’océan, jusqu’à ce que je commence à remonter le talus continental européen jusqu’à Lisbonne. Au total, la marche représentait environ 6 000 kilomètres, soit près de deux fois la longueur du sentier des Appalaches.

Cartographier l’invisible

Née à Ypsilanti dans le Michigan, Marie Tharp a étudié l’anglais et la musique à l’université. Mais en 1943, elle s’est inscrite à un programme de maîtrise de l’université du Michigan conçu pour former des femmes à la géologie pétrolière pendant la Seconde Guerre mondiale. « On avait besoin de filles pour occuper les postes laissés vacants parce que les hommes étaient partis au combat », se souviendra plus tard Marie Tharp.

Après avoir travaillé pour une compagnie pétrolière en Oklahoma, Marie Tharp a cherché un poste de géologue à l’université de Columbia en 1948. Les femmes ne pouvaient pas embarquer sur les navires de recherche, mais Marie Tharp savait dessiner et a été embauchée pour aider les hommes étudiants diplômés.

Marie Tharp travaille avec Bruce Heezen, un étudiant diplômé qui lui donne des profils de fonds marins à dessiner. Il s’agit de longs rouleaux de papier qui indiquent la profondeur du fond marin le long d’une trajectoire linéaire, mesurée à partir d’un navire à l’aide d’un sonar.

À partir d’une grande feuille blanche, Marie Tharp trace des lignes de latitude et de longitude. Elle marque ensuite soigneusement l’endroit où le navire s’est déplacé. Ensuite, elle lit la profondeur à chaque endroit sur le profil du sonar, l’indique sur la trace du navire et crée son propre profil condensé, montrant la profondeur du plancher océanique en fonction de la distance parcourue par le navire.

L’une de ses principales innovations a consisté à créer des croquis représentant l’aspect du fond marin. Ces vues ont facilité la visualisation de la topographie du plancher océanique et la création d’une carte physiographique.

Le tracé minutieux par Marie Tharp de six profils d’est en ouest à travers l’Atlantique Nord a révélé quelque chose que personne n’avait jamais décrit auparavant : une fissure au centre de l’océan, large de plusieurs kilomètres et profonde de plusieurs centaines de pieds. Marie Tharp a suggéré qu’il s’agissait d’une vallée du Rift, un type de long fossé connu sur terre.

Bruce Heezen qualifia cette idée de « discussion de filles«  et demanda à Marie Tharp de recalculer et de reformuler. Lorsqu’elle le fit, la vallée du rift continua d’être là.

Un autre assistant de recherche s’attachait à tracer l’emplacement des épicentres des tremblements de terre sur une carte de même taille et de même échelle. En comparant les deux cartes, Bruce Heezen et Marie Tharp se rendirent compte que les épicentres des tremblements de terre se trouvaient à l’intérieur de la vallée du Rift. Cette découverte fut déterminante pour le développement de la théorie de la tectonique des plaques : elle suggérait que des mouvements se produisaient dans la vallée du Rift et que les continents pouvaient en fait être en train de s’éloigner les uns des autres.

Cette idée était révolutionnaire. Lorsque Bruce Heezen, fraîchement titulaire d’un doctorat, donna une conférence à Princeton en 1957 et montra la vallée du Rift et les épicentres, le président du département de géologie Harry Hess répondit : « Vous avez ébranlé les fondements de la géologie.« 

Résistance tectonique

En 1959, la Geological Society of America a publié ‘The Floors of the Oceans : I. The North Atlantic‘ de Bruce Heezen, Marie Tharp et « Doc » Ewing, directeur de l’observatoire Lamont où ils travaillaient. Ce document contient les profils océaniques de Marie Tharp, ses idées et l’accès aux cartes physiographiques de Marie Tharp.

Certains scientifiques trouvèrent ce travail brillant, mais la plupart n’y crurent pas. L’explorateur sous-marin français Jacques Cousteau est déterminé à prouver que Marie Tharp a tort. À bord de son navire de recherche la Calypso, il traverse délibérément la dorsale médio-atlantique et descend une caméra sous-marine. À la surprise de Jacques Cousteau, le film montre l’existence d’un rift.

« Le vieux cliché selon lequel une image vaut mille mots et que voir, c’est croire, est vrai », observe Marie Tharp dans un essai rétrospectif en 1999.

Qu’est-ce qui a pu créer la faille ? Hess, de Princeton, a proposé quelques idées dans un article de 1962. Il postulait que du magma chaud remontait de l’intérieur de la Terre au niveau de la faille, qu’il se dilatait en refroidissant et qu’il poussait deux plaques adjacentes à s’éloigner l’une de l’autre. Cette idée a constitué une contribution essentielle à la théorie de la tectonique des plaques, mais Hess n’a pas fait référence au travail critique présenté dans ‘The Floors of the Oceans’ [Le plancher des océans], l’une des rares publications dans laquelle Marie Tharp était coauteur.

Toujours à l’étude

Marie Tharp a continué à travailler avec Bruce Heezen pour donner vie aux fonds marins. Leur collaboration a donné lieu à une carte de l’océan Indien, publiée par le National Geographic en 1967, et à une carte du plancher océanique mondial en 1977, actuellement conservée par la Bibliothèque du Congrès.

Après la mort de Bruce Heezen en 1977, Marie Tharp a poursuivi son travail jusqu’à sa mort en 2006. En octobre 1978, Bruce Heezen (à titre posthume) et Marie Tharp ont reçu la médaille Hubbard, la plus haute distinction de la National Geographic Society, rejoignant ainsi les rangs d’explorateurs et de découvreurs tels qu’Ernest Shackleton, Louis et Mary Leakey et Jane Goodall.

Aujourd’hui, les navires utilisent une méthode appelée cartographie par bandes à fauchée, qui mesure la profondeur sur une trajectoire en forme de ruban plutôt que le long d’une seule ligne. Les rubans peuvent être assemblés pour créer une carte précise des fonds marins.

Mais comme les navires se déplacent lentement, il faudrait 200 ans à un seul navire pour cartographier complètement les fonds marins. Un effort international visant à cartographier en détail l’ensemble des fonds marins d’ici à 2030 est en cours, à l’aide de plusieurs navires, sous l’égide de la Nippon Foundation et de la carte bathymétrique générale des océans.

Ces informations sont essentielles pour commencer à comprendre à quoi ressemblent les fonds marins à l’échelle d’un quartier.
Marie Tharp a été la première à montrer la richesse de la topographie du plancher océanique et de ses différents quartiers.

Pour aller plus loin

Image d’en-tête : Marie Tharp en train de «construire» une carte du fond de l’océan Atlantique au début des années 1950. — Granger Historical Picture Archive

Texte paru initialement en anglais dans The Conversation, traduit par la Rédaction. La traduction étant protégée par les droits d’auteur, cet article traduit n’est pas libre de droits. Nous autorisons la reproduction avec les crédits appropriés : « Citizen4Science/Science infuse » pour la version française avec un lien vers la présente page.

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Les ingrédients de la vie sont disséminés dans l’ensemble de l’univers. Si la Terre est le seul endroit connu de l’univers où la vie est présente, la détection de la vie au-delà de la Terre est un objectif majeur de l’astronomie moderne et de la science planétaire.

Nous sommes deux scientifiques à étudier les exoplanètes et l’astrobiologie. Grâce en grande partie aux télescopes de nouvelle génération comme le James Webb, des chercheurs comme nous seront bientôt en mesure de mesurer la composition chimique des atmosphères des planètes autour d’autres étoiles. L’espoir est qu’une ou plusieurs de ces planètes présentent une signature chimique de la vie.

Nous sommes deux scientifiques étudiant les exoplanètes et l’astrobiologie. Grâce en grande partie aux télescopes de nouvelle génération comme le James Webb, des chercheurs comme nous seront bientôt en mesure de mesurer la composition chimique des atmosphères des planètes autour d’autres étoiles. L’espoir est qu’une ou plusieurs de ces planètes présentent une signature chimique de la vie.

Exoplanètes habitables

La vie pourrait exister dans le système solaire là où il y a de l’eau liquide, comme dans les aquifères souterrains de Mars ou dans les océans d’Europe, la lune de Jupiter. Cependant, la recherche de la vie dans ces endroits est incroyablement difficile, car ils sont difficiles à atteindre et la détection de la vie nécessiterait l’envoi d’une sonde pour ramener des échantillons physiques.

De nombreux astronomes pensent qu’il y a de fortes chances que la vie existe sur des planètes orbitant autour d’autres étoiles, et il est possible que ce soit là que l’on trouve la vie pour la première fois.

Les calculs théoriques suggèrent qu’il existe environ 300 millions de planètes potentiellement habitables dans la seule galaxie de la Voie lactée et plusieurs planètes habitables de la taille de la Terre à seulement 30 années-lumière de celle-ci – essentiellement les voisins galactiques de l’humanité. Jusqu’à présent, les astronomes ont découvert plus de 5 000 exoplanètes, dont des centaines de planètes potentiellement habitables, en utilisant des méthodes indirectes qui mesurent l’influence d’une planète sur son étoile proche. Ces mesures peuvent donner aux astronomes des informations sur la masse et la taille d’une exoplanète, mais pas beaucoup plus.

À la recherche de biosignatures

Pour détecter la vie sur une planète lointaine, les astrobiologistes vont étudier la lumière des étoiles qui a interagi avec la surface ou l’atmosphère de la planète. Si l’atmosphère ou la surface a été transformée par la vie, la lumière peut porter un indice, appelé « biosignature ».

Pendant la première moitié de son existence, la Terre a possédé une atmosphère sans oxygène, même si elle a accueilli une vie simple et unicellulaire. La biosignature de la Terre était très faible au cours de cette première époque. Cela a changé brusquement il y a 2,4 milliards d’années lorsqu’une nouvelle famille d’algues a évolué. Ces algues utilisaient un processus de photosynthèse qui produisait de l’oxygène libre, c’est-à-dire de l’oxygène qui n’était pas chimiquement lié à un autre élément. Depuis lors, l’atmosphère terrestre remplie d’oxygène a laissé une biosignature forte et facilement détectable sur la lumière qui la traverse.

Lorsque la lumière rebondit sur la surface d’un matériau ou traverse un gaz, certaines longueurs d’onde de la lumière sont plus susceptibles de rester piégées dans le gaz ou la surface du matériau que d’autres. Ce piégeage sélectif des longueurs d’onde de la lumière explique pourquoi les objets sont de couleurs différentes. Les feuilles sont vertes parce que la chlorophylle est particulièrement efficace pour absorber la lumière dans les longueurs d’onde rouge et bleue. Lorsque la lumière frappe une feuille, les longueurs d’onde rouges et bleues sont absorbées, ce qui laisse une lumière essentiellement verte qui rebondit dans vos yeux.

Le schéma de la lumière manquante est déterminé par la composition spécifique du matériau avec lequel la lumière interagit. Pour cette raison, les astronomes peuvent apprendre quelque chose sur la composition de l’atmosphère ou de la surface d’une exoplanète en mesurant essentiellement la couleur spécifique de la lumière provenant d’une planète.

Cette méthode peut être utilisée pour reconnaître la présence de certains gaz atmosphériques associés à la vie – comme l’oxygène ou le méthane – car ces gaz laissent des signatures très spécifiques dans la lumière. Elle pourrait également être utilisée pour détecter des couleurs particulières à la surface d’une planète. Sur Terre, par exemple, la chlorophylle et d’autres pigments utilisés par les plantes et les algues pour la photosynthèse captent des longueurs d’onde spécifiques de la lumière. Ces pigments produisent des couleurs caractéristiques qui peuvent être détectées à l’aide d’une caméra infrarouge sensible. Si vous deviez voir cette couleur se refléter sur la surface d’une planète lointaine, cela signifierait potentiellement la présence de chlorophylle.

Télescopes dans l’espace et sur Terre

Il faut un télescope incroyablement puissant pour détecter ces changements subtils dans la lumière provenant d’une exoplanète potentiellement habitable. Pour l’instant, le seul télescope capable d’un tel exploit est le nouveau télescope spatial James Webb. Lorsqu’il a débuté ses opérations scientifiques en juillet 2022, James Webb a relevé le spectre de l’exoplanète géante gazeuse WASP-96b. Le spectre a montré la présence d’eau et de nuages, mais une planète aussi grande et chaude que WASP-96b a peu de chances d’accueillir la vie.

Toutefois, ces premières données montrent que James Webb est capable de détecter de faibles signatures chimiques dans la lumière provenant d’exoplanètes. Dans les mois à venir, Webb devrait tourner ses miroirs vers TRAPPIST-1e, une planète de taille terrestre potentiellement habitable située à seulement 39 années-lumière de la Terre.

Webb peut rechercher des biosignatures en étudiant les planètes lorsqu’elles passent devant leur étoile hôte et en capturant la lumière des étoiles qui filtre à travers l’atmosphère de la planète. Mais Webb n’a pas été conçu pour rechercher la vie, de sorte que le télescope ne peut examiner que quelques-uns des mondes potentiellement habitables les plus proches. Il ne peut également détecter que les changements dans les niveaux atmosphériques de dioxyde de carbone, de méthane et de vapeur d’eau. Si certaines combinaisons de ces gaz peuvent suggérer la vie, James Webb n’est pas en mesure de détecter la présence d’oxygène non lié, qui est le signal le plus fort pour la vie.

Les concepts de pointe pour les futurs télescopes spatiaux, encore plus puissants, prévoient de bloquer la lumière vive de l’étoile hôte d’une planète pour révéler la lumière des étoiles réfléchie par la planète. Cette idée est similaire à l’utilisation de votre main pour bloquer la lumière du soleil afin de mieux voir quelque chose au loin. Les futurs télescopes spatiaux pourraient utiliser de petits masques internes ou de grands vaisseaux spatiaux externes en forme de parapluie pour réaliser cette opération. Une fois la lumière des étoiles bloquée, il devient beaucoup plus facile d’étudier la lumière qui rebondit sur une planète.

Il existe également trois énormes télescopes terrestres en cours de construction qui seront en mesure de rechercher des biosignatures : le Télescope géant de Magellan, le Télescope de Trente Mètres et le Télescope géant européen. Chacun de ces télescopes est bien plus puissant que les télescopes existants sur Terre et, malgré le handicap de l’atmosphère terrestre qui déforme la lumière des étoiles, ces télescopes pourraient être en mesure de sonder l’atmosphère des mondes les plus proches à la recherche d’oxygène.

S’agit-il de biologie ou de géologie ?

Même en utilisant les télescopes les plus puissants des prochaines décennies, les astrobiologistes ne pourront détecter que de fortes biosignatures produites par des mondes qui ont été complètement transformés par la vie.

Malheureusement, la plupart des gaz libérés par la vie terrestre peuvent également être produits par des processus non biologiques – les vaches et les volcans libèrent tous deux du méthane. La photosynthèse produit de l’oxygène, mais la lumière du soleil en produit aussi, lorsqu’elle divise les molécules d’eau en oxygène et en hydrogène. Il est fort probable que les astronomes détectent quelques faux positifs lorsqu’ils cherchent de la vie à distance. Pour écarter les faux positifs, les astronomes devront comprendre une planète d’intérêt suffisamment bien pour savoir si ses processus géologiques ou atmosphériques pourraient imiter une biosignature.

La prochaine génération d’études d’exoplanètes a le potentiel de passer la barre des preuves exceptionnelles nécessaires pour prouver l’existence de la vie. Les premières données publiées par le télescope spatial James Webb nous donnent une idée des progrès passionnants qui seront bientôt réalisés.

Article initialement paru en anglais dans The Conversation, traduction par Science infuse

Image d’en-tête : dessin original de CB – Tous droits réservés Science infuse

Pour aller plus loin

Image d’en-tête : issue du James Webb Space Telescope – Credits: NASA, ESA, CSA, STScI

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