Planète

Les météorites dévoilent l'origine des magnétosphères des astéroïdes

ActualitéClassé sous :géologie , geodynamo , noyau

Au sein du noyau de la Terre, la convection à l'origine de sa géodynamo est très probablement à la fois thermique et « compositionnelle ». En revanche, celle qu'ont connue les astéroïdes et les petites planètes à l'aube du Système solaire était supposée thermique et de courte durée. La découverte inespérée de mémoires magnétiques robustes à l'intérieur de météorites laisse maintenant penser que cette convection y était compositionnelle et de longue durée.

Le noyau de la Terre reconstitué en laboratoire  En faisant tourner du sodium liquide autour d'une sphère de 23 tonnes, les géophysiciens de l'université du Maryland simulent les conditions qui règnent autour du noyau de notre Planète. But du jeu : comprendre pourquoi la Terre est la seule planète tellurique du Système solaire à posséder un champ magnétique important qui nous protège des colères du Soleil. Voici cette étonnante expérience en vidéo. 

Les chercheurs ont trouvé dans les zircons de Jack Hills, en Australie, des indications qui laissent penser que le champ magnétique de la Terre existait déjà il y a 4,4 milliards d'années. Mais les preuves qui font consensus, trouvées en Afrique du Sud, se limitent à un âge de 3,6 milliards d'années. Toutefois, la théorie de la dynamo auto-excitée, bien vérifiée par l'expérience en laboratoire VKS, permet de penser que la Terre a ouvert son bouclier magnétique très rapidement. Cette théorie requiert en effet l'existence d'un noyau contenant du fer et du nickel à l'état liquide, lequel s'est formé en moins de 60 millions d'années après la naissance de notre Planète.

D'autres corps célestes rocheux suffisamment massifs, comme Vesta, ont dû subir un processus de différentiation similaire à l'aube de l'existence du Système solaire. Par conséquent, eux aussi ont dû posséder un champ magnétique. Mais la plupart d'entre eux ne contenaient pas autant de chaleur initiale que la Terre, qu'elle soit issue du processus d'accrétion ou de la désintégration d'éléments radioactifs. Leurs noyaux ont donc rapidement cessé d'être en convection thermique et se sont ensuite solidifiés en peu de temps. C'est du moins ce que les théories de la formation du Système solaire conduisaient à penser.

Les météorites, des fenêtres sur l'intérieur des planètes

Plusieurs de ces corps différentiés, dont des astéroïdes de grandes tailles, sont ensuite entrés en collision, ce qui les a pulvérisés. De sorte que des météorites particulièrement intéressantes sont actuellement à notre disposition sur Terre. Elles contiennent en effet des roches qui faisaient autrefois partie des équivalents du manteau, de la graine de la Terre ou de son interface manteau-noyau.

Les champs magnétiques des planètes, avec leurs champs de gravité et la mesure de leurs moments d'inertie, sont des fenêtres sur leurs intérieurs. S'il existait des champs magnétiques résiduels dans les météorites, les scientifiques disposeraient donc d'un outil puissant pour explorer l'intérieur des premiers corps célestes de tailles planétaires, peu de temps après la naissance du Système solaire.

Ils bénéficieraient aussi d'indications permettant de prédire avec plus de confiance l'avenir de la géodynamo, lorsque le noyau de la Terre sera totalement cristallisé. Pour le moment, celle-ci se poursuit avec la croissance de sa graine solide, ce qui libère de la chaleur latente qui entretient suffisamment la convection du noyau pour générer le champ magnétique de la Terre.

De gauche à droite, Claire Nichols, James Bryson, Julia Herrero Albilios et Richard Harrison en plein travail de prise de données avec le synchroton BESSY II. Les rayons X utilisés par les chercheurs pour analyser les traces des champs magnétiques fossilisés dans des pallasites leur ont permis de remonter à l'histoire des dynamos auto-excitées qui les ont générés dans de petits corps célestes il y a plus de 4 milliards d'années. © HZB

Hélas, tout indiquait que les chocs passés entre les petits corps célestes depuis plus de 4 milliards d'années avaient très probablement remis à zéro à plusieurs reprises les mémoires magnétiques des météorites. Il suffit en effet de chauffer suffisamment un matériau ferromagnétique pour qu'il perde son aimantation initiale acquise dans un champ magnétique de direction et d'intensité données.

Il ne faut cependant pas perdre espoir, comme le démontre une équipe internationale qui vient de publier dans Nature les résultats d'études réalisées sur des pallasites. En utilisant des faisceaux de rayons X polarisés issus du synchrotron Bessy II, les chercheurs ont découvert des mémoires magnétiques très résistantes dans ces météorites qui ont enregistré l'histoire des champs magnétiques de leurs corps parents. Ces mémoires se présentent sous la forme de particules de tétrataenite de 50 à 100 nanomètres de diamètre.

Des dynamos entretenues par convection compositionnelle

La présence de ces nanoparticules est connue depuis longtemps mais de nouvelles techniques de traitement des images obtenues avec les rayons X d'une ligne de lumière du synchrotron a finalement permis de cartographier avec une résolution inédite l'aimantation dans deux pallasites. L'absorption des rayons X dépend en effet de l'aimantation magnétique d'un matériau et, en l'occurrence, les chercheurs ont réussi à la mesurer dans des régions de dimensions inférieures au micromètre.

En analysant les données obtenues et en les comparant à des simulations numériques, il est apparu que le champ magnétique des corps parents des deux météorites avait perduré bien plus longtemps qu'on ne l'imaginait, à savoir des centaines de millions d'années. La convection thermique seule est donc insuffisante pour expliquer cette persistance. Cela signifie qu'il y aurait également eu une convection dans le noyau liquide basée sur la chimie, à savoir l'expulsion d'éléments légers, comme le soufre, de l'équivalent de la graine solide de la Terre, au fur et à mesure que l'ensemble des noyaux des corps célestes se refroidissaient et cristallisaient. On parle de convection compositionnelle.

Ces résultats ne contribuent pas seulement à répondre à de nombreuses questions concernant la longévité et la stabilité de l'activité magnétique sur les petits corps célestes du Système solaire que sont les astéroïdes et les lunes. Ils nous renseignent aussi sur l'histoire complète de la géodynamo de notre Planète puisque les archives dans les météorites ont permis de reconstituer à la fois le début et la fin de l'histoire des champs magnétiques de ces corps célestes.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour.

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !

La météorite Esquel est une pallasite trouvée en 1951 dans la province de Chubut en Argentine. Ces météorites sont constituées d’une trame de fer et de nickel dans laquelle se détachent des grains d’olivine. © L. Carion, carionmineraux.com