Terre 4D : Science et exploration du sous-sol
Quels sont les modes d’interaction de la vie, de l’eau et de l’énergie entre les vastes environnements souterrains et de surface de la Terre?
Sous nos pieds se trouve un vaste monde inexploré, de la surface jusqu’à des dizaines de kilomètres de profondeur, renfermant de l’eau, des gaz, des nutriments, des ressources et diverses formes de vie. L’équipe multidisciplinaire du programme Terre 4D (T4D) met à profit la géologie, la chimie, la science planétaire et le génie pour étudier les interactions entre le sous-sol et la surface de la Terre. Les membres cherchent à approfondir notre compréhension de l’interaction des êtres humains et de toutes les formes de vie avec les ressources, le cycle de l’eau, les changements climatiques et la coévolution de la planète et de la vie, ainsi que les répercussions sur l’exploration planétaire et l’astrobiologie.
PÔLES D’IMPACT
Le programme Terre 4D fait partie des pôles d’impact suivants du CIFAR : Explorer les technologies émergentes et Favoriser la résilience de la Terre. Les programmes de recherche du CIFAR s’articulent autour de cinq pôles d’impact distincts qui traitent de grandes questions d’envergure mondiale et visent à favoriser un environnement propice à l’émergence de percées.
POINTS FORTS DE LA RECHERCHE ET DE L’IMPACT SOCIÉTAL
Intégrer l’exploration de la Terre, de Mars et des planètes à la vision programmatique
Plusieurs membres de programme ont apporté une orientation et une contribution importantes au rapport de 800 pages Origins, Worlds, and Life: A Decadal Strategy for Planetary Science and Astrobiology 2023-2032 des National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. Ce document de planification et de politique définit le plan décennal et les priorités de recherche et de mission de la NASA relativement aux plus grandes questions scientifiques dans le domaine pour la décennie à venir; il influence la science et l’ingénierie à l’échelle internationale par voie de partenariats avec l’ESA, l’ASC, l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA) et d’autres agences spatiales. Cette année, des ateliers sur le « nouveau sous-sol martien », en collaboration avec l’Institut des sciences spatiales (Berne, Suisse) et le Keck Space Studies Institute (dirigé par CalTech), examinant les nouvelles orientations de la recherche sur les biosignatures, constituent un exemple de partenariats qui réunissent plusieurs membres du programme Terre 4D pour définir l’impact de la découverte scientifique dans ce domaine.
De nouvelles ressources essentielles à la transition énergétique
Le programme T4D s’est efforcé d’approfondir sa compréhension fondamentale du sous-sol, notamment de nouvelles réactions chimiques qui favorisent la production d’hélium et d’hydrogène, souvent en association à des eaux souterraines riches en éléments comme le lithium qui se révèlent déterminants pour l’avenir de l’énergie. Le programme T4D a publié dans Science des travaux récents de grande envergure qui proposent des modèles quantitatifs pour prédire la formation de réservoirs riches en hélium, essentiels pour pallier la diminution rapide des ressources d’hélium de la planète. D’autres travaux publiés dans Nature Communications ont permis de mieux comprendre la quantité d’hélium (et d’hydrogène) qui se diffuse à partir des profondeurs de la Terre. Il s’agit d’une étape cruciale, alors que la transition vers des ressources plus durables telles que l’H2 fait l’objet de recherches dans l’urgence pour la société de parvenir à la carboneutralité. D’autres pistes exploreront les répercussions profondes de la chimie radiogénique du sous-sol sur la datation des eaux souterraines, les ressources en eaux souterraines et des propositions de dépôts géologiques profonds pour le stockage du carbone, de l’hydrogène ou des déchets nucléaires, ainsi que le rôle que joue cette chimie dans le soutien de nouvelles communautés microbiennes souterraines.
Nouvelles frontières en matière de microbiologie du sous-sol et des répercussions sur le cycle du carbone et de l’eau
Le programme T4D continue de mettre en œuvre les thèmes fondamentaux de l’eau, de la vie, de l’espace (énergie) et du temps pour explorer la biodiversité de la microbiologie souterraine de la Terre, tant sur les continents que dans la lithosphère océanique. Les membres de l’équipe continuent à élargir leurs découvertes pour étudier l’écologie microbienne du pergélisol sec du sous-sol en Antarctique et du delta du fleuve Mackenzie dans l’Arctique, notamment en élargissant leur vision pour inclure des recherches sur les organismes fongiques et microbiens. Ces travaux concernent non seulement l’impact des changements climatiques sur cette composante essentielle de l’hydrosphère, mais ils ont aussi des répercussions sur la manière dont nous comprenons la vie sur Terre et comment nous pourrions rechercher la vie lors de futures missions martiennes sur des sols régolithiques froids et arides similaires. D’autres travaux portent sur la compréhension de processus tels que la conversion microbienne rapide du CO2 en méthane pendant le stockage du CO2 dans les réservoirs d’hydrocarbures terrestres qui se révèlent utiles pour des méthodes innovantes de capture, de stockage, de conversion et de fixation du CO2 dans la croûte océanique et continentale.
Faire face aux changements majeurs du cycle de l’eau et de l’interaction entre les eaux de surface et les eaux souterraines
Le programme T4D travaille à l’avant-garde de la compréhension du cycle de l’eau de la planète et de ses croisements avec le cycle du carbone et toutes les formes de vie sur Terre. Dans les domaines de l’environnement et de l’énergie, le programme T4D a continué à élargir sa réflexion collective pour évaluer le rôle de l’hydrogéologie dans un monde en pleine transition en matière de ressources et de besoins énergétiques face aux changements climatiques. Parmi les activités, citons la recherche sur le transport des fluides et l’âge des eaux souterraines en vue de relever les nombreux défis économiques, environnementaux et sociétaux liés à la gestion et à la qualité de l’eau, aux ressources minérales, à l’expansion des minéraux critiques, au stockage souterrain du carbone et de l’hydrogène, ainsi qu’aux projets de dépôts de déchets nucléaires. L’interaction entre l’hydrosphère de surface et l’hydrosphère souterraine demeure un domaine de recherche important, notamment en ce qui concerne l’évolution de la recharge des eaux souterraines à l’échelle mondiale en réponse aux changements climatiques et à l’amplification des extrêmes hydrologiques essentiels à l’établissement humain, à l’industrie et à l’économie, à la préservation de l’écosystème et à la sécurité alimentaire et démographique.
Voie menant à l’impact sociétal
Les recherches et les découvertes du programme T4D se concentrent sur les ressources énergétiques souterraines et leur lien avec la vie sur Terre. Dans le cadre de ces recherches, le programme cherche à examiner les transitions émergentes dans l’économie énergétique de la Terre et les défis des changements climatiques et de l’adaptation en explorant les ressources novatrices (hélium, hydrogène, lithium), le stockage de l’hydrogène, les ressources minérales, la séquestration du carbone et la protection de l’environnement de surface et du sous-sol, ainsi que les ressources en eaux souterraines. Les découvertes ont des répercussions sur la définition des ressources pour les missions spatiales et sur la compréhension de l’origine et de l’évolution de la vie microbienne et d’autres formes de vie sur Terre au fil du temps. Les activités se concentrent sur des découvertes fondamentales concernant la nature et la biodiversité de la vie souterraine, sur de nouveaux processus de production d’énergie à partir de l’interaction entre l’eau et la roche, et sur la lutte contre les changements climatiques rapides, y compris les effets sur le pergélisol, l’hydrogéologie et la transition vers l’énergie verte. Nombre de ces activités requièrent des partenariats solides avec les sociétés, les industries et les gouvernements désireux de travailler dans le respect de la géobiologie et de l’environnement.
Des spécialistes du milieu universitaire, de l’industrie et des agences spatiales internationales, ainsi que des membres du CIFAR au sein du programme Terre 4D, font progresser la science, la technologie et les exigences des missions martiennes afin de comprendre les limites de l’habitabilité.
Axes prioritaires
Le programme étudie les eaux souterraines, les gaz, les nutriments, les ressources et les multiples formes de vie de la planète au moyen de méthodes interdisciplinaires et transdisciplinaires réunissant la biologie, la géologie, la chimie, les sciences planétaires et l’ingénierie, afin d’examiner les interactions entre le sous-sol et la surface de la Terre. Les membres cherchent à approfondir notre compréhension de l’interaction des êtres humains et de toutes les formes de vie avec les ressources, le cycle de l’eau, les changements climatiques à l’échelle planétaire, et la coévolution de la planète et de la vie, ainsi que les répercussions sur l’exploration planétaire et l’astrobiologie.
Fondation
2019
Collaborations interdisciplinaires
Sciences terrestres et planétaires
Géologie
Sciences de l’environnement
Géochimie, y compris la géochimie isotopique et la biogéochimie
Astrobiologie
Géobiologie
Hydrogéologie
Microbiologie
Ressources terrestres et transition énergétique
Changements climatiques et adaptation
Interactions lithosphère-biosphère-atmosphère-hydrosphère
Modélisation planétaire et environnementale
Minéralogie
Astronomie
Évolution planétaire
Contact
Membres et spécialistes-conseils
Coresponsables de programme
John Mustard
Coresponsable de programme
Barbara Sherwood Lollar
Coresponsable de programme
Membres
Chris Ballentine
Membre
Morgan L. Cable
Membre auxiliaire
Institut de technologie de Californie
Laboratoire de propulsion par réaction de NASA
Steven D'Hondt
Membre
Jacqueline Goordial
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2021-2023
Membre
Timothy Goudge
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2021-2023
Membre
Heather Graham
Membre
Michael Manga
Membre
Jennifer McIntosh
Membre
Joseph Michalski
Membre
Victoria J. Orphan
Membre
Magdalena R. Osburn
Membre
Nita Sahai
Membre
Nigel J.T. Smith
Membre
Vlada Stamenkovic
Membre
Richard G. Taylor
Membre
Spécialistes-conseils
Fumio Inagaki
Spécialiste-conseil
Jeffrey McDonnell
Spécialiste-conseil
Bénédicte Ménez
Spécialiste-conseil
Gordon "Oz" Osinski
Spécialiste-conseil
Membres du programme de chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli
Élise Devoie
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2023-2025
Jacqueline Goordial
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2021-2023
Membre
Timothy Goudge
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2021-2023
Membre
Jihua Hao
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2021-2023
University of Science and Technology of China
Mang Lin
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2023-2025
Vashan Wright
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2023-2025
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