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dimanche 3 août 2014

L'Origine de l'eau sur la Terre

 Parmi toutes les planètes connue, la nôtre est unique, car c’est la seule à avoir de l’eau, qui couvre 70% du globe. Il y a 4,5 milliards d’années,
la Terre s’est formée et constituait alors une masse plutôt inhospitalière. Grâce à l’eau, la Terre est passée d’un astre hostile à la planète bleue que nous connaissons aujourd’hui, mais qu’elle est la provenance de cette eau sur Terre?
Comment sommes-nous passé d’une planète où la vie était jadis impossible à une terre d’accueil pour toutes formes de vie? On sait beaucoup de chose sur elle, sauf d’où elle provient réellement. Comprendre l’origine de l’eau est l’une des grande énigme de la science. Et c’est une tâche colossale, car il faut remonter à plus de 4 milliards d’années dans l’histoire du système solaire.
Aujourd’hui encore, les scientifiques ne sont pas unanimes quant à l’origine de la présence d’eau sur Terre. Cette question fondamentale fut à l’origine de l’élaboration de nombreuses hypothèse quant à son origine. Il y a 4,6 milliards d’années, notre Soleil est une étoile qui vient de naitre, entouré d’un immense disque de gaz et de poussières. Pendant des millions d’années, il s’est condensé pour former les planètes. L’une des pistes envisagées est que l’eau aurait été apporté par des comètes venues des confins les plus froids du système solaire et composées essentiellement de glace.

Les comètes

 

Dès qu’on a compris que les comètes contenaient une énorme quantité de glace, il apparut raisonnable de penser qu’en frappant la Terre, elles ont apporté cette glace qui aurait fondue pour donner naissance aux océans. Pendant 600 millions d’années, la jeune Terre est bombardée par des centaines de millions de comètes. Les comètes sont des corps célestes très anciens, d’où leur intérêt. La glace qu’elles contiennent est restée inchangé depuis la formation du système solaire. Si ce sont les comètes qui ont fourni à la Terre toute son eau, alors l’eau serait plus ancienne que notre planète.

Depuis des années, on pensait que la Terre s’était constituée sans eau. Mais cette hypothèse s’est avérée fausse. Il y a 4,4 milliards d’années, il y avait bel et bien de l’eau sur Terre! Mais savoir d’où elle provient demeure tout un défi! On doit envisager qu’elle était présente dans les éléments avec lesquels la planète s’est formée.
Comment pouvait-il y avoir de l’eau dans ces matériaux, alors qu’ils étaient soumis à une chaleur extrême. Pour le savoir, il faut retourner dans le passé de la Terre. On est remonté sur 4 milliards et demi d’années avant l’apparition des planètes. Le système solaire était constitué de grains de poussières entourés d’hélium, d’hydrogène et d’oxygène qui ont réagi pour former de l’eau. Il y avait donc en fait des poussières entourées d’eau!
Sur des millions d’années, les poussières et les gaz se condensent pour donner naissance aux planètes de notre système solaire. Loin du Soleil, Jupiter et Saturne se forment autour d’un noyau glacé. Mais l’eau peut exister sous une autre forme que la glace. Plus près du Soleil, là où il fait beaucoup plus chaud qu’à l’extrémité du système solaire, elle peut être emprisonnée dans les roches. Certain minéral, à l’apparence sec, si il est soumit à une source de chaleur, dévoile ses secrets. Il se met à libérer de l’eau. Un minéral qui a l’air parfaitement sec a le potentiel de libérer une grande quantité d’eau.
Quand le système solaire se forme, l’immense nuage de gaz et de poussières retient la chaleur du jeune Soleil. À l’endroit où nait la Terre, il fait plus de 500 degré celcius. Trop chaud pour que des roches qui contiennent de l’eau, les roches hydratées, puissent se former et constituer les planètes. Pourtant, peu après sa création, la Terre possède déjà de l’eau.
Et si notre toute jeune planète avait emprisonnée l’eau d’une façon que nul n’avait soupçonné! Tel l’eau qui se condense sur une surface, ce principe aurait pu s’appliquer aussi à la Terre.
Si de la vapeur d’eau avait adhéré aux grains de poussières, ceci pourrait être à l’origine des océans. C’est une hypothèse totalement nouvelle. Pour la prouvée, il suffit de faire le test sur l’un principaux constituant du globe terrestre : l’olivine. C’est le matériau le plus abondant dans les planètes rocheuses. Il y en avait beaucoup dans le disque autour du Soleil il y a 4,5 milliards d’années. La question est de savoir si tous les grains d’olivine qui constituent la Terre portent de l’eau. Des tests fait par le professeur Drake, scientifique de l’Université d’Arizona, ont démontrés que 30 grammes d’olivines permettent d’absorber 0,3 ml d’eau. Est-ce suffisant pour remplir les océans? Pour le savoir, il faut augmenter l’échelle des calculs. Combien d’eau une pile de grains d’olivine de la taille de la Terre peut-elle contenir? Le résultat des tests : 10 fois le volume d’eau des océans actuels! Pour le professeur Drake, quand la Terre s’est formée, elle contenait déjà des milliards de litres d’eau. Cette eau adhérait aux milliards de grains de poussières qui ont donnés naissance aux planètes.
Mais cette hypothèse ne fait pas l’unanimité. Elle comporte une lacune que même le professeur Drake est incapable d’expliquer : le type d’eau. L’eau terrestre possède une signature. La proportion d’hydrogène lourd qu’elle contient. Sa source devrait donc avoir la même signature. Or, l’eau qui se serait condensée directement à partir du disque de gaz et de poussières entourant le Soleil a la même apparence et le même goût, mais renferme 6 fois moins d’hydrogène lourd. Tant qu’on aura pas la même proportion d’hydrogène lourd, on ne peut pas être sur que ce processus est à l’origine des océans.

La clé de l’énigme?

Si l’eau de la Terre ne provient pas de ses matériaux de base, ni des comètes, quelle est sa source? Une autre théorie détiendrait peut-être la réponse la plus plausible. Le problème est de trouver une correspondance entre l’eau sur Terre et celle qui fut présente il y a des milliards d’années dans le système solaire. Il doit manifestement y avoir quelque part dans l’espace le même type d’eau que sur Terre.
Alors que les comètes sont faites de glace et de poussières et proviennent des régions froides du système solaire, les astéroïdes eux, viennent d’ailleurs. Tournant autour du Soleil entre Mars et Jupiter, se trouve des millions de blocs de roches et de métal qu’on appelle la ceinture d’astéroïdes. Et certains sont énormes : ils peuvent faire 300 km de large et pèsent plusieurs millions de tonnes! Ce sont en fait les résidus de la formation des planètes. Parfois ces astéroïdes se percutent et des fragments tombent sur Terre. Que peuvent nous apprendre ces voyageurs de l’espace?
Il y a une centaine d’année, on pensait qu’une planète s’était fragmentée pour former cette ceinture et que ces blocs de roches était totalement sec. L’examen d’une météorite au microscope révèle un tout autre tableau. En les étudiant, on s’est rendu compte que certaine contiennent un pourcentage d’eau. Mieux encore, dans certains d’entre eux, le rapport entre l’hydrogène lourd et l’hydrogène léger dans l’eau des astéroïdes est exactement le même que sur Terre. Ce serait donc de là que proviendrait l’eau de notre planète!
Comment l’eau de la ceinture d’astéroïdes s’est alors retrouvée sur Terre? Pour trouver la réponse, il faut remettre en question la formation des planètes du système solaire.
Avant lui, les chercheurs focalisaient leurs recherches sur les quatre planètes les plus proche du Soleil. Ils étudiaient comment la matière s’était condensée en des corps plus gros, pour former Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Morbidelli a adopté une démarche révolutionnaire. Étudier la formation des huit planètes du système solaire dans leur ensemble, de Mercure, la plus proche du Soleil, à Neptune, 80 fois plus éloignée du Soleil. Selon lui, le système solaire constitue un tout. On ne peut pas étudier la formation d’une de ses parties en négligeant les autres. En effet, toutes les planètes sont liées par une même force : la gravitation.

Retour sur la création du système solaire


En se développant, les planètes s’attirent les unes les autres par la force de gravité. Environ 1 million d’année après la création du Soleil, le disque de gaz et de poussières du système solaire primitif se condense en une quinzaine de minis planètes. À l’étape suivante, ces minis planètes se percutent pour en former de plus grosses. Pour les minis planètes qui se trouvent près du Soleil, il y fait trop chaud pour qu’elles aient de l’eau. Mais plus on s’éloigne, plus la température baisse. À 370 millions de kilomètres du Soleil, il fait assez froid pour que des minis planètes se forment avec des roches hydratées.
La Terre nait dans la région chaude près du Soleil et se compose des matériaux provenant de cette région, où normalement il ne devrait pas y avoir d’eau. Les minis planètes tournent autour du Soleil selon une trajectoire presque parallèle. Certaines d’entres elles entrent donc en collision pour former la Terre. Mais alors la Terre, formée de minis planètes sèches serait elle aussi très sèche. Heureusement pour nous, ce n’est pas ce qui s’est produit. En considérant le système solaire comme un tout, le scénario change. Un nouvel acteur entre en scène : Jupiter, la plus grande des planètes.

Jupiter, la plus grosse planète de notre système solaire

Dans l’histoire de la formation du système solaire actuel, Jupiter est la première planète a atteindre sa taille définitive et elle est 300 fois plus massive que la Terre. Rapidement, elle fait sentir son influence. Elle exerce alors une attraction considérable qui perturbent les orbites de ses voisines, qui était jusque-là plutôt parallèle. Les minis planètes, particulièrement celles qui sont plus éloignées du Soleil, adoptent une trajectoire plus irrégulières et finissent par se rencontrer. Cela change tout. La Terre est créée à partir de plusieurs minis planètes. Certaines sèches, d’autres contenant de l’eau. Ce modèle explique pourquoi son eau est similaire à la ceinture d’astéroïde.
Cette théorie est aujourd’hui celle dominante pour la formation du système solaire. Mais des zones d’ombres demeurent. Pour le moment, c’est la meilleure réponse qu’on ait. Mais d’autres questions surgissent. Que devient l’eau terrestre lors des collisions incessantes que subit la planète? L’énergie dégagée par ces collisions est si grande qu’elle est capable de faire fondre la Terre. De plus, elle vaporise une partie de ses roches.

Sources multiples

 

L’eau sur Terre peut provenir de plusieurs sources différentes. Les comètes par exemple. Mais les analyses ont démontrées qu’elles ne peuvent pas être à l’origine de toute l’eau sur Terre. On est à peu près sur qu’elles ont apporté de l’eau parce qu’on sait qu’elles ont frappé la Terre. Mais combien de comètes nous auraient frappées? Autre source possible, le système solaire. Les comètes et les astéroïdes ont pu fournir une partie de l’eau, mais cela ne suffit pas. L’essentiel a du venir de l’absorption de l’eau par les grains de poussières avant la formation de la planète.
Ces différentes sources ont-elle pu donner assez d’eau pour permettre l’apparition de la vie? Il est impossible de déterminer leur apport respectif, car l’eau terrestre est brassée depuis plus de 4 milliards d’années et durant tout ce temps, elle ne s’est pas seulement mélangée, elle a changée. Les océans ont subit de nombreux phénomènes depuis la naissance de la Terre. La pluie, la neige, tout cela a modifier la composition de l’eau.

 

L’eau la plus ancienne sur Terre

 

Les volcans d’Hawaii forment ce qu’on appelle un point chaud, un endroit où la lave s’écoule en permanence. Les roches des îles hawaiiennes viennent de la partie la plus profonde du manteau terrestre,  à des milliers de kilomètres sous la surface. En examinant l’eau emprisonnée dans ces roches, on examine l’eau qui provient du centre de la Terre. Si on veut déterminer la composition de l’eau présente sur Terre au moment de sa formation, c’est le seul endroit où regarder.
Grâce à l’étude de ces roches, il apparait que l’eau des profondeurs terrestres est très différente de celle des océans. Tellement différente qu’il pourrait s’agir de l’eau primordiale, inchangée depuis la naissance de la Terre.
Hawaii n’est pas le seul site étudié. Un autre point chaud est digne d’intérêt : l’Islande. Si on peut trouver des résultats précis à Hawaii, puis aller en Islande puis trouver autre chose, on aura non seulement des différences entre l’eau du manteau et l’eau de surface, mais aussi entre deux volcans situés dans des régions différentes. Il y aurait donc plusieurs sources.
Un jour, dans les entrailles de la planète, on trouvera peut-être des réservoirs d’eau primordiale tous différents. Cette découverte signifierait que notre eau possède bien plusieurs origines. Avec des conséquences remarquables.
Se demander comment la Terre a acquis son eau, s’est se demander ce qui rend une planète propice au développement de la vie. Enquêter sur l’origine de l’eau sur Terre ouvre de nouvelles possibilités, comme celle de trouver, à des millions d’années lumières de la Terre, d’autres formes de vie.


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