Couplage de modèles d'intérieur, d'atmosphère et d'écosystèmes pour l'inférence de l'habitabilité et des biosignatures

La capacité de la Terre à abriter la vie, autrement dit son habitabilité, est-elle rare ou même unique ? Que pourraient être des manifestations observables à distance, ou biosignatures, associées à l'existence d'une biosphère? Ces questions fondamentales pourraient passer des débats philosophiques à une science basée sur la donnée, alors que l'exploration du système solaire se poursuis et s'amplifie; ainsi que des milliers d'exoplanètes sont découvertes et que de nouveaux télescopes plus puissants sont mis en service dans l'espace comme au sol. Dans cette thèse, nous mobilisons des outils quantitatifs de la théorie des écosystèmes afin de donner non seulement un point de vue écosystémique au concept de l'habitabilité, mais également de concevoir les bases d'un moyen d'inférence quantitative de l'habitabilité et des biosignatures. La Partie I décrit un modèle de croissance microbienne limitée par l'accès à l'énergie chimique, estime la valeur des paramètres du modèle en utilisant des données publiées et explore l'adaptation des organismes à la température dans le contexte de ce modèle. La Partie II applique le modèle développé en partie I pour inférer quantitativement l'habitabilité et les potentielles biosignatures d'Encelade, une lune de glace de Saturne. Enfin, la Partie III couple ce modèle à des modèles d'atmosphère, de climat et de géochimie afin de simuler les corrélations entre la composition atmosphérique d'exoplanètes et leur situation autour de leur étoile sous différents scénarios. Ces travaux permettent de considérer les signatures d'habitabilité et les biosignatures au niveau de populations d'exoplanètes.Is Earth’s ability to harbor life, habitability, a rare or unique occurrence in the Universe? What are remotely detectable signs of a biosphere, or biosignatures? These profound questions, once philosophical debates, may enter the realm of empirical science as the exploration of the solar system goes on with increasing ambition and means, as thousands of exoplanets have been detected in the past twenty-five years, and as upcoming ground and space telescopes might enable the characterization of their atmospheres. In this thesis, we leverage recent progress in theoretical and quantitative ecosystem science to present not only a biologist’s take on the meaning of habitability, but also the means of quantitative inference of habitability and biosignatures, as well as a path towards the assessment of astrobiological hypothesis on the exoplanet population level. Part I lays out the physiological modeling basis for energy-limited organisms and estimates model parameter values using published data to explore adaptation of micro organisms to temperature under the model's hypotheses. Second, Part II uses the modeling developed in Part I to assess the habitability and biosignatures of Saturn's icy moon Enceladus. Last, Part III couples this model to atmospheric, climate and geochemical modeling to predict patterns in exoplanet atmospheric composition versus orbital radius under various scenarios, thus paving the way to conceptualize exoplanet population level signatures of habitability and biosignatures