Ken Farley

Chapitre 1 · 1986 – 2012 Un chimiste des gaz rares

Ken Farley n’a pas commencé par Mars. Pendant vingt-cinq ans, il a appris à faire parler les atomes les plus discrets de la nature, les gaz rares, enfermés dans les roches et les minéraux de la Terre.

Yale, Scripps, Caltech

Il obtient en 1986 une licence de chimie à l’université Yale, puis, en 1991, un doctorat en sciences de la Terre à l’Institut d’océanographie Scripps, de l’université de Californie à San Diego. En 1993, il commence sa carrière de professeur au California Institute of Technology, Caltech, où il devient titulaire de la chaire de géochimie de la fondation W. M. Keck, à la division des sciences géologiques et planétaires.

Lire le temps dans les atomes

Ses recherches portent sur la mise au point et l’application de techniques de géochimie, en particulier les isotopes des gaz rares, comme l’hélium ou l’argon, qui ne réagissent presque avec rien et gardent ainsi la mémoire de ce qui leur est arrivé. Il les applique à de nombreuses questions sur la Terre et le système solaire : la datation des roches, l’évolution chimique de la Terre, le comportement de ces gaz dans les minéraux. En 1994, par exemple, avec des collègues de Caltech, il étudie les gaz rares d’un arc volcanique de Papouasie-Nouvelle-Guinée pour comprendre comment les substances volatiles sont recyclées là où une plaque océanique plonge sous une autre.

Sources : NASA, centre Ames, « The Mars 2020 Perseverance Mission: First step in Mars Sample Return », conférence du 2 février 2021, biographie de l’orateur (Yale en 1986, Scripps en 1991, Caltech depuis 1993, chaire Keck, gaz rares, géochronologie, évolution de la Terre) ; K. Farley, B. McInnes et D. Patterson (Caltech), « Recycling of volatiles at subduction zones: Noble gas evidence from the Tabar-Lihir-Tanga-Feni arc of Papua New Guinea », 1994 (NTRS 19950015370). L’explication sur la faible réactivité des gaz rares est une notion générale.

Chapitre 2 · 2013 – 2016 Dater une roche sur Mars

Jusqu’en 2013, personne n’avait jamais daté une roche directement sur une autre planète. Ken Farley et ses coauteurs y parviennent avec le rover Curiosity, à l’aide d’une méthode vieille de soixante ans.

Le potassium et l’argon

Avant Curiosity, on estimait l’âge des terrains martiens en comptant les cratères d’impact : plus une surface en porte, plus elle est ancienne, et cette échelle avait été calée sur la Lune grâce aux roches rapportées par Apollo. L’équipe de Farley adapte une méthode utilisée sur Terre depuis soixante ans : un isotope du potassium se transforme lentement en argon, un gaz inerte. L’argon s’échappe quand une roche fond, puis s’accumule de nouveau une fois qu’elle s’est solidifiée. Mesurer cet argon donne l’âge de la roche.

La deuxième roche forée par Curiosity, baptisée « Cumberland », devient ainsi la première datée à partir de ses minéraux sur une autre planète : entre 3,86 et 4,56 milliards d’années. Le résultat est annoncé le 9 décembre 2013. « L’âge n’est pas surprenant, dit Farley, mais ce qui est surprenant, c’est que la méthode ait fonctionné avec des mesures faites sur Mars. Quand on valide une nouvelle méthode, on ne veut pas que le premier résultat soit inattendu. Notre compréhension de l’ancienneté de la surface martienne semble juste. »

Depuis combien de temps à l’air libre ?

L’équipe mesure aussi depuis combien de temps la roche se trouve à portée de bras de la surface, là où les rayons cosmiques produisent dans les atomes des gaz que Curiosity peut mesurer. Trois gaz différents donnent un âge d’exposition de 60 à 100 millions d’années : les couches qui la protégeaient ont été arrachées assez récemment, sans doute par le vent qui ronge les falaises. « La vitesse d’exposition est étonnamment rapide, dit-il. C’est juste à côté des escarpements sous le vent qu’on trouvera les roches exposées le plus récemment. » Ce sont les meilleures pour chercher des molécules organiques, que le rayonnement détruit avec le temps.

En 2016, avec Paulo Vasconcelos et d’autres, il applique les mêmes méthodes au grès de Windjana, au mont Sharp ; les âges obtenus y sont discordants, signe d’une histoire plus compliquée.

Sources : NASA, « NASA Rover Results Include First Age Measurement on Mars and Help for Human Exploration », 9 décembre 2013 (comptage des cratères, Apollo, méthode potassium-argon de 60 ans, Cumberland, 3,86 à 4,56 milliards d’années, citations, âges d’exposition de 60 à 100 millions d’années, trois gaz, escarpements, organiques) ; P. M. Vasconcelos, K. A. Farley et al., « Discordant K-Ar and Young Exposure Dates for the Windjana Sandstone, Kimberley, Gale Crater, Mars », 2016 (NTRS 20170003168). Les paroles sont traduites de l’anglais.

Chapitre 3 · 2014 – 2020 Choisir Jezero, préparer les tubes

Dès 2014, Ken Farley est le scientifique de projet de Mars 2020, la mission du rover Perseverance. Pour la première fois, un rover doit prélever des échantillons martiens destinés à revenir un jour sur Terre.

Un site longtemps hors d’atteinte

Le 31 juillet 2014, il participe, comme scientifique de projet de Mars 2020, à la présentation des instruments du futur rover. Le 19 novembre 2018, la NASA annonce le site : le cratère Jezero, un ancien lac avec son delta. « La communauté martienne convoitait depuis longtemps la valeur scientifique de sites comme Jezero, et une mission précédente avait envisagé d’y aller, explique-t-il, mais les difficultés d’un atterrissage sûr avaient été jugées rédhibitoires. Ce qui était hors d’atteinte est aujourd’hui envisageable, grâce à l’équipe d’ingénieurs de 2020 et aux progrès de l’entrée, de la descente et de l’atterrissage. » Jezero a été retenu, dira-t-il, parce que c’est un endroit très prometteur pour trouver des molécules organiques et d’autres signes possibles de vie microbienne.

Les plus vieux fossiles de la Terre

En août 2019, des scientifiques de Mars 2020 et de la mission européenne ExoMars se rendent dans le Pilbara, en Australie. « L’Outback du Pilbara abrite les plus anciennes formes de vie fossilisées confirmées sur Terre, les stromatolithes, explique Farley. Si nous comprenons mieux comment ces fossiles se sont formés, et quels indices géologiques mènent jusqu’à eux, nous serons d’autant mieux préparés à chercher des signes de vie sur Mars. »

Des tubes plus propres que propres

Les échantillons seront enfermés dans des tubes qui devront revenir sur Terre sans avoir été contaminés par la vie terrestre. « Comparée à Mars, la Terre est remplie de traces de la vie qui recouvre notre planète, dit-il. Nous devions éliminer ces traces si complètement que la moindre preuve restante puisse être détectée et distinguée avec certitude quand ces premiers échantillons reviendront. »

Sources : NASA, « NASA Hosts 3 p.m. EDT Teleconference with Mars 2020 Principal Investigators », 31 juillet 2014 (Ken Farley, scientifique de projet de Mars 2020) ; NASA, « NASA Announces Landing Site for Mars 2020 Rover », 19 novembre 2018 (citation) ; NASA/JPL, « 7 Things to Know About the Mars 2020 Perseverance Rover Mission », 8 juillet 2020 (« We ultimately chose Jezero Crater because it is such a promising location for finding organic molecules and other potential signs of microbial life ») ; NASA, « Scientists Explore Outback as Testbed for Mars », 23 août 2019 (citation) ; NASA, « A Martian Roundtrip: NASA’s Perseverance Rover Sample Tubes », 22 décembre 2020 (citation). La téléconférence de juillet 2014 est la plus ancienne source consultée où il apparaît dans ce rôle ; nous ignorons la date exacte de sa nomination. Les paroles sont traduites de l’anglais.

Chapitre 4 · 2021 – 2024 Le tube 266 et Cheyava Falls

Perseverance se pose dans Jezero le 18 février 2021. Pour Ken Farley commence le travail pour lequel il a été choisi : décider, roche après roche, ce que la Terre recevra un jour de Mars.

Le premier échantillon

Le 6 septembre 2021, la NASA annonce que Perseverance a rempli son premier tube, le numéro 266, avec une carotte de roche. « Avoir ce premier échantillon en poche est une étape énorme, dit Farley. Quand ces échantillons reviendront sur Terre, ils nous raconteront beaucoup de choses sur certains des premiers chapitres de l’évolution de Mars. » Quelques jours plus tard, il résume : « Il semble que nos premières roches révèlent un environnement potentiellement habitable et durable. C’est très important que l’eau soit restée là longtemps. » Plus loin s’étend « South Séítah », une suite de crêtes couvertes de dunes, de blocs et d’éclats de roche qu’il compare à des « assiettes cassées ». Il veut aussi un échantillon d’atmosphère : la composition de l’air martien fait partie des questions que le retour des échantillons doit éclairer.

« Je commençais à désespérer »

Une énigme résiste : d’où viennent les roches du fond du cratère ? En décembre 2021, l’instrument PIXL examine une roche poncée de South Séítah. « Je commençais à désespérer que nous trouvions un jour la réponse, avoue Farley. Mais les cristaux de la roche ont fourni la preuve décisive. » Ces cristaux se sont formés en se déposant lentement dans un magma qui refroidissait, puis la roche a été altérée par l’eau à plusieurs reprises : « un trésor » pour dater les événements de Jezero. En août 2022, il est le premier auteur de l’un des articles de Science qui présentent ces résultats : ces roches volcaniques diront quand le lac existait, et quand le climat de Mars est devenu froid et sec.

Le delta, puis la roche espérée

Le rover gravit ensuite le delta. En janvier 2023, il dépose des tubes au sol au dépôt « Three Forks », une réserve pour la future mission de retour. Les roches du bas du delta, explique Farley, se sont déposées dans un lac ; celles du dessus, dans une rivière qui s’y jetait. En 2024, une roche de la « marge » du cratère, faite presque entièrement de minéraux formés dans l’eau, est prélevée : « Pour le dire simplement, c’est le genre de roche que nous espérions trouver quand nous avons décidé d’explorer Jezero. »

En juillet 2024, Perseverance examine dans l’ancienne vallée de Neretva une roche baptisée « Cheyava Falls ». « C’est la roche la plus déroutante, la plus complexe et potentiellement la plus importante étudiée par Perseverance », dit Farley : de la matière organique, des taches colorées qui pourraient signaler des réactions chimiques utilisables par des microbes, des traces du passage de l’eau, mais une origine encore incertaine. « Scientifiquement, Perseverance n’a plus rien à donner. » Pour comprendre, il faudrait rapporter l’échantillon sur Terre.

Sources : NASA, « NASA’s Perseverance Rover Collects First Mars Rock Sample », 6 septembre 2021 (tube 266, citation) ; NASA, « NASA’s Perseverance Rover Collects Puzzle Pieces of Mars History », 10 septembre 2021 (citation, South Séítah, « broken dinner plates ») ; NASA, « NASA’s Perseverance Plans Next Sample Attempt », 26 août 2021 (échantillon d’atmosphère) ; NASA/JPL, « NASA’s Perseverance Mars Rover Makes Surprising Discoveries », 15 décembre 2021 (« I was beginning to despair we would never find the answer… smoking gun », « treasure trove ») ; NASA, « NASA’s Perseverance Makes New Discoveries in Mars’ Jezero Crater », 25 août 2022 (premier auteur, citation) ; NASA, « NASA’s Perseverance Rover Completes Mars Sample Depot », 30 janvier 2023 (Three Forks, lac et rivière) ; NASA, « Rock Sampled by NASA’s Perseverance Embodies Why Rover Came to Mars », 2024 (citation) ; NASA, « NASA’s Perseverance Rover Scientists Find Intriguing Mars Rock », 25 juillet 2024 (Neretva Vallis, citations). La date d’atterrissage vient de NASA, « NASA’s Perseverance Rover Gives High-Definition Panoramic View of Landing Site », 24 février 2021. Les paroles sont traduites de l’anglais.

Chapitre 5 · 2024 – 2026 Au-delà du cratère, le Mars d’avant

En décembre 2024, Perseverance atteint le sommet du rebord de Jezero. Il quitte les roches qui ont rempli le cratère pour aller voir celles qui étaient là avant lui.

Des morceaux de la croûte primitive

« La campagne du rebord nord nous apporte des richesses scientifiques entièrement nouvelles », dit Ken Farley le 12 décembre 2024. Le rover passe des roches qui ont partiellement rempli Jezero, après l’impact géant qui l’a creusé il y a environ 3,9 milliards d’années, à des roches venues des profondeurs de Mars, projetées vers le haut pour former le rebord. « Ces roches sont des morceaux de la croûte martienne primitive et comptent parmi les plus anciennes du système solaire. Les étudier pourrait nous aider à comprendre à quoi ressemblaient Mars, et notre propre planète, au commencement. »

Un nouveau rôle

En mai 2025, la NASA le présente comme scientifique de projet adjoint de Perseverance, Katie Stack Morgan étant scientifique de projet par intérim. « Les cinq derniers mois ont été un tourbillon géologique », dit-il. Le rover s’attaque alors à « Krokodillen », des roches formées avant même Jezero, pendant le Noachien, la plus ancienne période de Mars. Si l’on y trouvait une biosignature potentielle, explique-t-il, elle daterait d’une époque bien plus ancienne que celle de Cheyava Falls.

En juillet 2026, il résume ce que Perseverance lit désormais dans les couches projetées par d’anciens impacts : « Sur Terre, notre histoire géologique la plus ancienne a été brisée, déformée et effacée par la tectonique des plaques. Comme Mars n’a pas de tectonique des plaques pour recycler sa croûte, cet ancien registre reste intact, et nous offre un rare aperçu d’une période géologique qui n’existe plus sur notre propre planète. »

Sources : NASA, « NASA’s Perseverance Rover Reaches Top of Jezero Crater Rim », 12 décembre 2024 (citations, 3,9 milliards d’années) ; NASA, « NASA’s Perseverance Mars Rover to Take Bite Out of ‘Krokodillen’ », 19 mai 2025 (scientifique de projet adjoint, Katie Stack Morgan par intérim, « The last five months have been a geologic whirlwind », Noachien, Cheyava Falls) ; NASA, « NASA’s Perseverance Rover Reads Record of Ancient Mars Impacts », 15 juillet 2026 (citation). Les paroles sont traduites de l’anglais.