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Aux frontières physico-chimiques de la vie : le champ géothermal de Dallol

30 janvier 2020 Paru dans le N°428 à la page 106 ( mots)
Rédigé par : Christophe BOUCHET de EDITIONS JOHANET

L’eau, est une molécule consubstantielle à la vie. Partout où il y a de l’eau, la vie apparaît. Du moins le croyait-t-on jusqu’à l’exploration du site de Dallol en Ethiopie, le seul endroit sur Terre ou la vie n’existe pas, malgré la présence d’eau. Là-bas, la température des sources chaudes avoisine les 100 °C, l’eau, au pH négatif, y est hypersalée et hyperacide, et sa teneur en métaux (fer, cuivre...) hors normes. Bienvenue aux frontières physico-chimiques de la vie, sur un site unique au monde, qui pourrait bien nous aider à mieux comprendre les secrets de la vie sur Terre et peut-être aussi dans l’Univers.

Nous sommes dans le champ géothermal de Dallol, sur le fond de la dépression du Danakil, au nord du rift Est-Africain, dans l’un des lieux les plus inhospitaliers de la planète. Inhospitalier au point qu’il est fréquemment décrit comme le seul endroit sur Terre ou la vie n’existe pas. Un paysage d’une beauté inouïe, grandiose, mais terriblement hostile à l’homme. Et a priori à la vie tout court, tant il est parsemé de geysers menaçants d’où s’échappent des vapeurs de gaz brulants, des fumerolles toxiques, des éruptions d’acides phosphorescents.
Formations salines et sulfureuses sur le site de Dallol. On observe en arrière-plan à gauche les plateformes en forme de champignons caractéristiques, au premier plan à droite des vasques de soude colorées en jaune et orange par le soufre, en arrière-plan à droite le petit lac d’acide sulfurique, et au premier plan à gauche des concrétions en forme d’éponges poreuses.

Alternativement noyée sous les eaux de la mer rouge au cours des temps géologiques, puis asséchée lors de sa fermeture, cette région se situe à une altitude négative d’environ - 160 m. De nombreuses couches de sels se sont déposées en strates successives sur une épaisseur totale de 1.000 à 2.000 mètres, avant d’être ensuite progressivement érodées et transformées en cheminées constituées principalement de sel gemme, de sylvine et de gypse.

Sur les 15 km² du champ géothermal de Dallol, peu visité du fait des tensions persistantes entre l’Éthiopie et l’Érythrée, se côtoient des sources thermales, des coulées de chlorure de magnésium, des concrétions de soufre jaune orangé, et des mares d’eau saumâtres parsemées de d’évaporites. Des petites terrasses formées de strates sédimentaires, de mares d’acide, de cheminées projetant des giclées d’eau bouillante chargée de minéraux, alimentent des sources thermales en se combinant à différentes saumures saturées d’acides à hautes températures.
Sur ce site unique au monde de 15 km² se côtoient des sources thermales, des coulées de chlorure de magnésium, des concrétions de soufre jaune orangé, et des mares d’eau saumâtres parsemées de d’évaporites.

Le dôme de Dallol constitue un système hydrogéologique complexe, qui reposerait, selon les chercheurs, sur une poche magmatique située à 2.000 mètres de profondeur, en interaction avec l’eau salée de la mer Rouge. Un cocktail inhospitalier composé de paysages teintés de blanc, de jaune-vert et de rouge. Le blanc pour le sel, le vert et le jaune pour le soufre, le rouge pour le fer. Une marmite bouillonnante au sein de laquelle les températures dépassent 45 °C à l’ombre. La température de l’eau excède les 100 °C et le taux d’acidité y est si élevé que le pH, négatif, avoisine les -1,55 !

Des micro-organismes sur le site de Dallol ?

Au début de l’année 2016, un groupe de chercheurs internationaux composé de microbiologistes, de géologues et de chimistes investi le site de Dallol pendant deux semaines. L’objectif ? Prélever des échantillons dans les eaux salées, les fluides hydrothermaux et dans les encroutements, et mesurer les paramètres physico-chimiques des mares et geysers qui le jalonnent pour y détecter une éventuelle trace de vie. Car pour ces spécialistes des micro-organismes extrêmophiles, Dallol pourrait constituer un milieu comparable à ceux qui prévalaient sur Terre lorsque la vie apparut il y a plus de 3,5 milliards d’années quand la géologie dominait encore la biologie. De retour au laboratoire, nos spécialistes se penchent sur l’étude des prélèvements ramenés de Dallol. Très vite, les premières analyses révèlent la présence de micro-organismes dans certains d’entre eux. Grâce au microscope électronique à balayage associé à de l’imagerie chimique, ils parviennent à détecter de très petites cellules dans certains échantillons. Il s’agit d’archées, des organismes unicellulaires dont la morphologie ressemble aux bactéries présentes dans les milieux extrêmes comme les sources hydrothermales des dorsales océaniques. Parallèlement à ces observations, les chercheurs parviennent à cultiver certains micro-organismes en laboratoire démontrant ainsi que certaines des archées identifiées sont capables de se développer dans un milieu acide et sursaturé en sel. Les premières analyses montrent également que certains des micro-organismes découverts à Dallol sont génétiquement proches de ceux vivant dans les saumures au voisinage des sources chaudes localisées au fond de la mer Rouge et de la Méditerranée.
Le dôme de Dallol constitue un système hydrogéologique complexe, qui reposerait, selon les chercheurs, sur une poche magmatique située à 2.000 mètres de profondeur, en interaction avec l’eau salée de la mer Rouge. Un cocktail inhospitalier composé de paysages teintés de blanc, de jaune-vert et de rouge.

On en déduit que la présence de la vie à Dallol est réelle. Reste à savoir si cette vie est d’origine biologique ou bien si elle est issue de l’activité hydrothermale du site, auquel cas les milieux présents à Dallol permettraient d’explorer les conditions de l’apparition de la vie sur Terre.

Une étude plus approfondie menée par une autre équipe de chercheurs va cependant livrer des résultats différents, en concluant à l’absence de vie sur le site de Dallol.

Quand la présence d’eau liquide ne rime pas forcément avec la vie

Au moins de novembre 2019, la publication d’une étude interdisciplinaire1 publiée dans la revue Nature Ecology and Evolution par une équipe franco-espagnole conduite par des chercheurs du CNRS, établit que la vie est absente dans plusieurs endroits du site de Dallol. Elle ne serait ainsi présente ni dans les mares hyperacides et hypersalées du dôme de Dallol, ni dans les saumures magnésiennes des lacs Jaune et Noir, malgré les risques de dispersion et de contamination par le vent ou par l’homme.
En prouvant que, malgré la présence d’eau, la vie n’existe pas sur le site de Dallol, les chercheurs en concluent que ce critère devrait être considéré avec bien plus de prudence lorsqu’il s’agit d’établir l’habitabilité d’une exoplanète.

Les auteurs indiquent cependant avoir détecté la présence d’archées minuscules (cellules de taille 200-300 nm) dans certains sites à proximité de Dallol. La mise en culture de ces archées et l’étude de leurs génomes fournira sans doute des informations précieuses sur leurs adaptations moléculaires et leurs modes de vie. Mais l’étude, dont les conclusions ne coïncident pas avec celles publiées par les équipes précédentes, conclura que la vie ne se développe pas dans ces systèmes multi-extrêmes, même si des archées variées peuvent être présentes dans les alentours.

La présence d’eau liquide à la surface d’une planète est souvent considérée comme un critère majeur concernant l’apparition et le maintien de la vie. Mais en prouvant que, malgré la présence d’eau, la vie n’existe pas sur le site de Dallol, les chercheurs en déduisent que ce critère devrait être considéré avec bien plus de prudence lorsqu’il s’agit d’établir l’habitabilité d’une exoplanète. Une remise en question qui pourrait modifier sensiblement la liste des sites sur lesquels de futures missions spatiales partiront à la recherche d’une vie extraterrestre.
1 Hyperdiverse archaea near life limits at the polyextreme geothermal Dallol area. Belilla J, Moreira D, Jardillier L, Reboul G, Benzerara K, López-García JM, Bertolino P, López-Archilla AI, López-García P. Nat Ecol Evol. 2019 Nov;3(11):1552-1561. doi: 10.1038/s41559-019-1005-0