Nathalie Carrasco : Reproduire des phénomènes extra-terrestres pour comprendre l’émergence de la vie sur Terre

Nathalie Carrasco est enseignante-chercheuse en sciences planétaires au Laboratoire atmosphères, milieux, observations (LATMOS - Université Paris-Saclay, UVSQ, CNRS), directrice-adjointe recherche de la Graduate School Géosciences, Climat, Environnement, Planètes. En étudiant le rôle de la chimie atmosphérique dans l’émergence du vivant d’autres planètes du système solaire, elle nous emmène dans un vertigineux voyage dans le temps et l’espace, jusqu’à l’origine de la vie sur Terre.

Chimiste de formation à l’ENS Paris-Saclay, Nathalie Carrasco doit sa passion aux sciences planétaires à « un hasard de la vie ». Durant sa formation dans cette grande école (1998-2002), elle est motivée par l’enseignement, mais découvre avec passion la vie de laboratoire lors de ses stages de licence et de master. En parallèle, la jeune chercheuse veut donner un sens à sa formation de chimiste en la mettant au service de l’environnement (chimie verte) et effectue un master 2 en qualité de l’air et sciences de l’environnement au Laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques (LISA), puis enchaîne avec une thèse sur la qualité de l’air, soutenue en 2005. 

Coup de foudre pour Titan

Cette année correspond aussi à l’arrivée sur Saturne de la mission spatiale Cassini-Huygens. Au LISA, impliqué dans le développement d’instruments d’observation, Nathalie Carrasco se trouve aux premières loges et est fascinée par les images livrées par la sonde Huygens. « L’objectif de la mission était d’explorer Saturne et ses lunes, notamment Titan, qui tient une place extraordinaire dans le système solaire, explique-t-elle. C’est un objet à la fois lointain et proche, car son atmosphère possède des caractéristiques similaires à celles de la Terre. »

Nathalie Carrasco effectue un post-doctorat de deux ans au Laboratoire de chimie-physique - devenu depuis l’Institut de chimie-physique (ICP – Université Paris-Saclay, CNRS) - à Orsay. Elle obtient ensuite un poste d’enseignante-chercheuse à l’USVQ en 2007 et rejoint le LATMOS, impliqué lui aussi dans la mission Cassini-Huygens. « L’analyse de l’atmosphère de Titan s’est avérée beaucoup plus compliquée que ce qu’on pensait initialement. J’y ai donc apporté ma compétence de chimiste. » Elle obtient son habilitation à diriger des recherches en 2012 et est nommée professeure des universités en 2016. Deux ans plus tôt, elle décroche une bourse du Conseil européen de la recherche (ERC) pour le projet PRIMCHEM (Primitive Chemistry in Planetary Atmospheres) et développer et construire une équipe autour de l’axe de la chimie des atmosphères planétaires. 

Reproduire des molécules extraterrestres 

Sur Titan, il n’y a ni oxygène ni vie. Mais la présence de méthane, associé à l’azote, provoque un phénomène de croissance chimique organique explosive très important, qui transforme les molécules atmosphériques en molécules organiques beaucoup plus lourdes, possiblement prébiotiques. Celles-ci forment un brouillard de petits grains solides permanent autour de la lune de Saturne qui interagissent avec le rayonnement solaire. « Ces propriétés sont comparables à celles de notre Terre primitive. C’est donc le meilleur analogue observable dans le système solaire de ce qu’a pu être l’atmosphère de notre planète gelée avant l’émergence de la vie. » Pour cela, Nathalie Carrasco développe des méthodes de simulation des processus de photochimie et amorce cette chimie atmosphérique complexe en laboratoire. Une de ses plus grandes joies est d’avoir réussi à reproduire des phénomènes extraterrestres. « Nous observons en détails la formation de molécules prébiotiques inconnues aujourd’hui mais semblables à celles qui ont servi à l’émergence du vivant sur Terre. Cette chimie est totalement exotique ! »

Les lacs de Titan

L’équipe de Nathalie Carrasco est aussi la première à montrer qu’une fois formé, le brouillard de Titan continue à interagir avec le rayonnement solaire et à évoluer chimiquement.  Ainsi, les gaz de son atmosphère forment des aérosols qui se modifient pour en fabriquer de nouveaux. Il y a deux ans, en suivant le cheminement de ces aérosols, l’équipe fait une autre découverte. « Les petits grains du brouillard grossissent au fur et à mesure. Lorsqu’ils deviennent trop lourds, ils sédimentent, tombent à la surface des lacs de Titan et la modifient complètement avec un effet de nappe d’huile qui empêche la formation de vagues. » Le mystère de ces lacs immobiles est résolu sans en ternir leur beauté. « Nous avons l’impression d’explorer des mondes extraordinaires. Nous faisons des analogies avec la Terre, alors qu’en réalité c’est totalement différent. Il est difficile d’imaginer que ce que nous prenons pour des lacs d’eau (la température est de -200°C) sont en réalité des hydrocarbures, et les dunes de la matière organique, une sorte de polymère qui se développe à la surface ! »

Étudier les exo-Terres

La bourse ERC se terminant en septembre 2021, la chercheuse espère en obtenir une deuxième pour élargir ses simulations atmosphériques aux exoplanètes d’autres systèmes planétaires, analogues à la Terre passée et « qu’on n’a pas encore détectées ». Elle attend les premières informations de deux missions spatiales qu’elle accompagne, celle du télescope spatial James Webb à l’automne prochain et celle de la mission européenne ARIEL de l’ESA.

La chercheuse est convaincue que l’atmosphère terrestre a fortement favorisé l’apparition de la vie sur Terre. « Une des raisons qui le fait penser est qu’elle enveloppe la planète : la source de chimie prébiotique y est globale. Sa participation à l’échelle de toute la planète a statistiquement dû aider partout où les multiples facteurs d’émergence du vivant ont été combinés. C’est pour cela que j’affirme que cette source endogène y a contribué de façon, sinon indispensable, du moins fortement. Mais d’autres chercheurs penchent plutôt vers des facteurs exogènes. Pour eux, l’apport de la chimie prébiotique parviendrait de météorites par exemple. » Le débat scientifique est ouvert !

Féminisme, environnement et Paris Saclay 

Ces trois mots clés définissent bien Nathalie Carrasco. « J’encourage les femmes à faire de la science et à savoir travailler avec des hommes. La bourse ERC apportant beaucoup de moyens, j’ai veillé à construire une équipe paritaire, source d’efficacité scientifique et de dynamisme », confie la chercheuse. En 2016, elle reçoit « avec beaucoup de fierté », le prix Irène Joliot-Curie « jeune femme scientifique de l’année », destiné à valoriser la contribution des femmes à la science. Un engagement qui s’incarne aussi à travers la fonction de chargée de mission pour l’égalité femme-homme qu’occupe Nathalie Carrasco à l’UVSQ entre 2013 et 2016. Enfin, la chercheuse n’oublie pas son implication en faveur de la chimie verte, par le biais de ses cours en chimie atmosphérique qu’elle délivre au sein des masters en sciences de l’environnement de l’Université Paris-Saclay. 

En hommage à son parcours, la chercheuse s’implique naturellement dans la construction de l’Université Paris-Saclay. Elle est aujourd’hui directrice-adjointe recherche de la Graduate School Géosciences, Climat, Environnement, Planètes. Avec sept laboratoires,  un millier de personnes et 300 étudiants, cette Graduate School (GS) est très visible à l’international. « Elle fédère la recherche et la formation autour des grands enjeux de société : climat, environnement, impacts sociétaux et économiques, mais également l’exploration spatiale, un des points forts de l’Université, affirme la chercheuse. Les premiers projets de recherche fédératifs et pédagogiques viennent d’être sélectionnés. »

Les diplômés de master et de doctorat de la GS auront droit à une cérémonie en présentiel à l’automne prochain. Nathalie Carrasco leur délivre quelques conseils qu’elle s’est appliqués à elle-même. « Parfois l’excellence ne suffit pas et certains aspects conjoncturels peuvent nous dépasser. Il faut alors rester pragmatique et avoir toujours des plans B et C. Si tout s’aligne au bon moment et au bon endroit, être chercheur ou chercheuse est un métier de rêve. Si ce n’est pas le cas, plein d’autres projets passionnants sont possibles dans la vie. »