Les météorites et la mémoire de la formation planétaire

La Terre ne conserve plus de trace de ses premières roches. Cependant, les météorites qui pleuvent encore à sa surface datent de son époque de formation et donnent une idée de ses briques de construction.

La Terre souffre d’amnésie infantile. Même si ses archives géologiques sont anciennes, elles se sont construites, comme les palimpsestes médiévaux, aux dépens de documents antérieurs. Érosion et tectonique des plaques détruisent irrémédiablement les plus anciens terrains. Pour le pionnier de la géologie James Hutton, la Terre ne présentait « aucun vestige d’un commencement et aucun signe d’une fin ». C’était trop s’avancer. Mais, de fait, les plus vieilles roches terrestres datées remontent à 4 milliards d’années, soit quelque 500 millions d’années après la formation présumée de notre planète. Si l’on excepte quelques débris de minéraux encore plus anciens retrouvés dans certains sédiments, c’est ainsi une période de durée équivalente à tout le Phanérozoïque qui a disparu de la mémoire de la Terre.

Mais le ciel se souvient. Continuellement pleuvent sur notre planète les météorites qui ont été les témoins de son accrétion et qui semblent y mettre la dernière main. Quelle en est la nature exacte ? Le physicien allemand Ernst Chladni, qui soutenait avec force en 1794 l’origine extraterrestre des météorites, avait proposé deux possibilités :

  • soit une matière originelle qui n’avait jamais été incorporée aux planètes mais qui en formait le matériau de base,
  • soit des débris provenant de planètes détruites d’une manière ou d’une autre.
Météorite de Mornans

Météorite de Mornans (Drôme) tombée en septembre 1875. Météorite de type chondrite. Fragment de 1,3 kg.

© MNHN - J.-C. Domenech

Sans doute faudrait-il faire un distinguo selon les variétés de météorites. À côté des masses métalliques (sidérites) qui avaient spécialement intéressé Chladni, la plupart des météorites étaient plutôt pierreuses. La grande majorité de ces dernières (les chondrites) comportait cependant, outre de curieux globules rocheux (qu’on devait appeler chondres), des grains métalliques disséminés dans la matrice. Or le chimiste britannique Edward Howard, de concert avec le minéralogiste français Jacques Louis de Bournon, montra en 1802 que ces grains métalliques se composaient du même alliage fer-nickel qui caractérisait les sidérites. Un lien entre sidérites et chondrites était dès lors indéniable, ce qui ne fit pas peu pour lever les derniers doutes sur leur commune origine extraterrestre.

S’ajoutèrent bientôt des météorites entièrement pierreuses, les achondrites (sans chondres), qui ressemblaient davantage aux roches de la surface terrestre. Une étrange variété de chondrites, dites carbonées (comme la météorite d’Orgueil, tombée en 1864 dans le Tarn-et-Garonne) et qu’on qualifiait alors de « météorites charbonneuses », pouvait même faire penser à une tourbe extraterrestre.

Mais d’où viennent ces cailloux qui nous tombent sur la tête  ?

Au milieu du XIXe siècle, l’ingénieur civil Adolphe Boisse, puis Gabriel-Auguste Daubrée, géologue au Muséum national d’Histoire naturelle, en inférèrent que les météorites provenaient d’un globe d’une structure analogue à celle de notre Terre et que les météorites les plus riches en métal donnaient une idée de ses couches les plus profondes, inaccessibles à l’observation. Cette structure était le résultat d’une séparation globale (différenciation) entre le métal dense et la roche plus légère, à une époque primordiale. Stanislas Meunier, successeur de Daubrée au Muséum, pensait que le sort des corps planétaires était de se désintégrer. C’est ainsi qu’il expliquait le champ d’astéroïdes et il lisait pareille destinée dans les rainures de la Lune1, et la croyait accomplie dans le troupeau des astéroïdes.

  • 1Aujourd’hui interprétées comme des alignements de cratères secondaires, des failles ou de tubes de lave effondrés.
Image en noir et blanc de l'astéroïde Eros.

Éros, astéroïde du système solaire, découvert en 1898. En forme de banane, il a pour dimension la plus longue est de 34,4 km. La majorité des météorites qui tombent sur Terre proviennent de la ceinture d'astéroïdes.

© NASA/JPL/JHUAPL

Les astéroïdes, ces « petites planètes » dont la première et la plus grosse (Cérès, 950 km de diamètre) avait été découverte en 1801, semblaient en effet combler un vide béant entre les orbites de Mars et de Jupiter. Là où l’on avait auparavant longtemps cherché quelque planète manquante, les astéroïdes trouvés à leur place en étaient peut-être les débris. La reconstitution d’orbites, d’après les photographies des chutes de météorites à partir de 1959 devait confirmer qu’elles provenaient majoritairement de la ceinture principale d’astéroïdes.

Mais, alors qu’il semblait jusqu’au milieu du siècle dernier que la chaleur nécessaire pour fondre partiellement un corps céleste et permettre sa différenciation requérait une taille planétaire, la masse totale de la ceinture ne dépasse pas un vingtième de notre Lune. C’était sans compter la radioactivité de l’aluminium 26, qui a opéré dans les premiers millions d’années du système solaire et dont les produits de désintégration allaient être identifiés. Un astéroïde comme Vesta avait pu se différencier avec seulement 530 km de diamètre. Les astéroïdes n’étaient donc pas issus de corps significativement plus gros, même si des collisions mutuelles pouvaient de loin en loin en fragmenter et en détacher les météorites qui parviennent jusqu’à nous. Les corps parents des météorites n’étaient donc au plus que des modèles réduits de la Terre, ou plutôt de ses briques de construction.

Une différenciation doit nettement séparer roche et métal. Les chondrites, qui les mêlent intimement, étaient externes à la série qu’on pouvait tracer des sidérites aux achondrites. En fait, la proximité de leur composition avec celle estimée pour le Soleil (éléments volatils mis à part) en faisait plutôt du matériel non différencié, c’est-à-dire celui auquel auraient ressemblé les corps parents des sidérites et des achondrites avant leur différenciation. La primitivité des chondrites fut corroborée en 1968, à la suite de la découverte par Mireille Christophe Michel-Lévy d’inclusions réfractaires, inclusions qui s’étaient condensées à haute température au tout début de l’existence du système solaire. Les chondrites sont donc une sorte de sédiment cosmique, échantillonnant les différentes variétés de solides peuplant le disque de gaz et de poussière qui ceignait le Soleil pendant ses premiers millions d’années d’existence.

Si les chondrites formaient la matière originelle du système solaire, il est tentant de chercher lesquelles, dans leur composition, se rapprocheraient le plus de celle de la Terre et pourraient en figurer les briques de construction. Les chondrites à enstatite en sont les plus proches du point de vue de la composition isotopique, bien qu’elles contiennent trop de silicium. Il n’y a pas d’analogue parfait de la Terre dans le registre météoritique.

Dépister les troubles précoces du développement du système solaire

Météorite de Chassigny

La météorite de Chassigny, tombée le 3 octobre 1815 en Haute-Marne, est la plus ancienne météorite martienne en termes de date de chute. Échantillon de 205 grammes et de 5 cm (MNHN-GT-37). La croûte de fusion visible est due à la traversée atmosphérique.

© MNHN - J.-C. Domenech

La situation n’est de toute évidence pas si simple. Précisément, l’aluminium 26 ayant été abondant surtout au tout début du système solaire, les premiers astéroïdes formés (pourvu qu’ils dépassassent une dizaine de kilomètres de rayon) ne pouvaient que se différencier. C’est seulement deux millions d’années après le « temps zéro » que des astéroïdes nouvellement accrétés ont pu garder une structure chondritique primitive. Le système solaire avait donc déjà évolué à cette époque. Les chondrites recèlent-elles des débris des premières générations d’astéroïdes ? Les chondres pourraient-ils être ceux-là ? Leur origine n’est aujourd’hui pas plus élucidée qu’il y a deux siècles, du temps de leur découverte par Bournon. De toute évidence, ces billes millimétriques résultent de la solidification de gouttelettes de roche fondue, peut-être pendant quelques heures, mais la nature des épisodes de haute température qui en seraient responsables est des plus controversées. On retrouve en leur sein des reliques de composition proche de celle des inclusions réfractaires, ce qui suggérerait qu’elles ont été fondues à partir de matériel très primitif.

Mais plusieurs autres observations indiquent que les chondres se sont formés dans un environnement bien plus enrichi en solides que ce que prédisent les modèles pour le système solaire primitif moyen. Notamment, beaucoup de chondres ont des formes multilobées qui semblent résulter de la collision de gouttelettes pendant qu’elles étaient encore partiellement fondues et qui se sont ainsi soudées à chaud. Or, dans le système solaire primitif moyen, les chondres auraient été trop dispersés pour pouvoir entrer en collision en si peu de temps. Faut-il voir dans les chondres le résultat de collisions entre astéroïdes ? Ou, d’une manière ou d’une autre, un sous-produit d’une étape de la formation même de ces astéroïdes, qui suppose une concentration de solides ? La place exacte des chondrites dans la formation planétaire reste ainsi encore une conquête à faire pour la science.

 Emmanuel Jacquet, Maître de conférences au Muséum national d'Histoire naturelle (UMR 7590, Institut de Minéralogie, Physique des Matériaux et Cosmochimie). Extrait de l'ouvrage La Terre, le vivant, les humains (Coédition MNHN / La Découverte), 2022. 

La Terre, le vivant, les humains

  • Coédition Muséum national d'Histoire naturelle / La Découverte
  • 2022
  • Sous la direction de Jean-Denis Vigne et Bruno David
  • 196 × 249 mm
  • 420 pages
  • 45 €

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