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.
Par
Mélanie Jean -L’origine
de l’eau sur la Terre
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