La Terre ne peut provenir d'un seul type de météorites

Salut

En analysant la composition isotopique du silicium de la Terre silicatée et de différentes chondrites (météorites), deux chercheurs du Laboratoire de Géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (CNRS, ENS Lyon et UCBL) montrent que la Terre ne peut provenir des seules chondrites à enstatite, comme le suggèrent les similarités isotopiques entre ce type de météorites et la Terre. De plus, la mesure de la composition d’échantillons lunaires, qui ne se démarque pas de celle de la Terre, exclut l’hypothèse d’un réservoir caché de composition isotopique en Si différente de celle des échantillons terrestres accessibles. Les auteurs proposent un modèle de mélange de trois types de chondrites comme source des matériaux ayant servi à la formation de la Terre pour expliquer la similarité isotopique en oxygène, nickel, et chrome entre Terre et chondrites à enstatite, tout en satisfaisant les compositions isotopiques en Si de ces objets. Ces travaux sont publiés dans la revue Science du 23 Mars 2012 (1).
De quoi notre planète est-elle faite ?

La Terre s’est formée par accrétion, l’agglomération, de matériaux et d’objets rocheux présents dans le disque protoplanétaire. Au cours de son accrétion, suffisamment énergétique pour fondre les roches et créer un océan magmatique, la Terre s’est différenciée, la phase métallique (plus dense, composée de fer, nickel et quelques éléments dont le silicium), plongeant en son centre pour former le noyau, reléguant à la périphérie la phase silicatée, qui en refroidissant a formé les roches du manteau. Comme les échantillons terrestres auxquels nous avons accès proviennent uniquement de la Terre silicatée, la détermination de la composition de la Terre globale est complexe, même si la sismologie fournit des indications sur la densité de ses différentes enveloppes (noyau, manteau, croûte), la question de la nature et de la composition des matériaux d’origine n’est pas résolue.

Certaines météorites, les chondrites, sont utilisées comme témoins des matériaux indifférenciés présents dans le disque protoplanétaire, et comparées aux échantillons de Terre silicatée (basaltes et péridotites). La comparaison des compositions isotopiques entre échantillons terrestres et différentes classes de chondrites a révélé une surprenante similarité entre la composition terrestre et celles des chondrites à enstatite (l’enstatite est un minéral de la famille des pyroxènes) pour de nombreux éléments tels que l’oxygène, le nickel, le chrome, ou encore le titane.

Ces observations ont naturellement soulevé la question de savoir si notre planète ne serait autre que le résultat de l’accrétion de chondrites à enstatite (2). Tester ce scénario est d’autant plus opportun qu’une étude récente (3) a montré que la seule manière dont on sait actuellement expliquer la formation des planètes telluriques, en reproduisant leurs tailles et leurs positions, suppose que l’accrétion de notre planète se soit faite à partir d’objets provenant d’une zone bien plus étroite du disque qu’on ne le pensait auparavant.

Le silicium (Si) possède trois isotopes stables de masses 28, 29, et 30. La composition isotopique du silicium des roches silicatées de la Terre s’avère différente de celle de tous les types de chondrites. Ceci peut être expliqué par l’incorporation de silicium plus riche en isotopes légers dans le métal lors de la formation du noyau terrestre. L’amplitude de ce fractionnement dépend directement de la température de l’équilibre entre métal et silicate. Sur cette base les chercheurs on déterminé quelle aurait été la température de formation du noyau terrestre si la planète provenait uniquement de l’accrétion de chondrites à enstatite. Cette température, environ 1500 K est très inférieure à celle prédite par l’ensemble des modèles de formation du noyau terrestre qui convergent autour de 3000 K. La Terre ne peut donc pas provenir des seules chondrites à enstatite.

Afin de s’assurer que les échantillons terrestres analysés sont bien représentatifs de la Terre globale, les auteurs ont également analysé des échantillons lunaires. Leur composition isotopique en Si est identique à celle des échantillons terrestres. Ce résultat apporte des précisions quant à la genèse de notre satellite et les débuts de notre planète. Les simulations dynamiques de formation de la Lune nous enseignent que le disque protolunaire devait avoir, pour plus de 80%, la composition du manteau de l’impacteur, une protoplanète entrée en collision avec la Terre à la fin de son accrétion. La similarité entre les compositions isotopiques en Si des échantillons terrestres et lunaires implique que le disque protolunaire et le manteau terrestre se sont homogénéisés avant l’accrétion de la Lune par un processus physique encore mal compris. Au moment de cet impact, le manteau terrestre était entièrement fondu, ceci implique également que la composition isotopique du Si au sein du manteau terrestre est homogène et que les échantillons terrestres analysés sont bien représentatifs de la Terre silicatée.

Restait à comprendre l’intrigante similarité entre chondrites à enstatite et Terre pour plusieurs systèmes isotopiques autres que le silicium. Les auteurs proposent et testent un modèle de mélange de trois types de chondrites différents. Bien que ce modèle ne soit pas unique, il permet d’expliquer simplement, en utilisant des proportions constantes de ces trois pôles chondritiques, la composition isotopique en oxygène, chrome, et nickel de la Terre, cohérentes avec les compositions isotopiques en Si de la Terre.

http://www.insu.cnrs.fr/terre-solide/origine-evolution-histoire/la-terre-ne-peut-provenir-d-un-seul-type-de-meteorites