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L'or de la Terre viendrait de la chute de 160 géocroiseurs

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La puissance des méthodes de la géochimie n'a rien à envier à celle de la mécanique céleste. Grâce à elle, le docteur Gerhard Schmidt de l'Université de Mainz, en Allemagne, pense avoir réussi à expliquer les abondances de certains éléments dans la croûte terrestre, comme l'or et le platine. Ils auraient été apportés à l'Hadéen par la chute d'environ 160 météorites métalliques.

Météorite ferreuse trouvée à Rancho Gomelia, Mexique. C'est une octahedrite composée d'un alliage de nickel et de fer. Le test à l'acide révèlant la structure dite Widmanstätten est bien visible (taille d'environ 14 cm ). Crédit : D. Ball, ASU

L'une des branches les plus fascinantes de la chimie est la cosmochimie. Elle consiste à étudier avec les méthodes des laboratoires terrestres la chimie à l'œuvre dans les nuages interstellaires, dans les disques d'accrétion à l'origine de systèmes planétaires et, bien sûr, lors de la formation et de l'évolution de la Terre, où elle devient de la géochimie. Le prix Nobel Harold Urey avait été un des premiers à comprendre que la cosmogonie du système solaire n'était pas seulement un problème de mécanique céleste et d'hydrodynamique, comme le pensaient Laplace, Poincaré et Jeans, mais aussi un problème de thermodynamique et de chimie.

Les abondances d'éléments, de molécules et leurs modifications au cours du temps dans les différentes parties des astres du système solaire non seulement influencent leurs évolutions mécanique et thermique, mais elles permettent aussi d'en garder la mémoire et d'en lire l'histoire pour qui sait en déchiffrer le langage, c'est-à-dire en faisant parler les minéraux et les atomes que ces astres contiennent.

Patiemment, c'est ce qu'a réalisé le géochimiste Gerhard Schmidt avec ses collègues durant plus de dix années de travail. Ils ont ainsi déterminé que la composition de la croûte terrestre s'expliquait aisément, en ce qui concerne certains métaux connus, les éléments hautement sidérophiles, si l'on suppose que près de 160 météorites métalliques, d'un diamètre moyen de 20 kilomètres, sont tombées sur notre planète peu de temps après la différenciation de la Terre en noyau, manteau et croûte.

En effet, lorsque, au tout début de l'histoire du système solaire, un corps céleste rocheux atteignait une taille de l'ordre de quelques centaines de kilomètres de diamètre, la quantité d'éléments radioactifs qu'il contenait était telle que sa chaleur interne favorisait une fusion partielle mais importante. Cette liquéfaction conduisait à la chute vers son centre des éléments lourds, comme le fer et le nickel, très abondants.

Pourquoi tant d'or dans la croûte terrestre ?

C'est ainsi que le noyau métallique de la Terre a dû se former en quelques dizaines de millions d'années et que l'on retrouve des météorites très riches en fer et en nickel, vestiges de collisions entre des petits corps célestes qui, tout comme la Terre, avaient subi un processus de différenciation. Des collisions ultérieures dans le jeune système solaire, alors très chaotique, ont conduit à la fragmentation de ces corps. Lorsqu'on tient dans sa main une météorite, comme celle de Rancho Gomelia, on tient un morceau de cœur de planète rocheuse...

Cliquez pour agrandir. A l'Hadéen, le bombardement de la Terre par des météorites était encore intense. Crédit : Fahad Sulehria

Or, comme leur nom l'indique, des éléments hautement sidérophiles (HSE pour Highly Siderophile Elements), par exemple l'or, la platine, le palladium et le rhodium, ont tendance à se concentrer dans les matériaux riches en fer. Le processus qui a conduit à la formation du noyau de la Terre a donc dû appauvrir significativement le manteau de la Terre, et bien sûr sa croûte.

Comment se fait-il alors que l'on retrouve encore des quantités notables de ces éléments à la surface de la Terre ? L'explication la plus naturelle est justement qu'ils ont été apportés ultérieurement, lorsque le processus de différenciation de la planète était terminé, par la chute de morceaux de cœur des petits astéroïdes précédents, naturellement enrichis en ces HSE.


Cliquez pour agrandir. Une représentation d'artiste de la collision de Théia avec la Terre. Crédit : Fahad Sulehria

Pour en être sûr, il faut comparer les abondances en HSE des fragments de météorites métalliques avec celles de la croûte terrestre. Gerhard Schmidt et ses collègues constatent que ces abondances sont remarquablement similaires, ce qui soutient bien l'idée d'un apport ultérieur peu de temps après la formation de la planète lorsque le bombardement météoritique étaient encore important, c'est-à-dire pendant l'Hadéen. Il se pourrait même qu'une large part des HSE ait été apportée par la collision de Théia avec la Terre, une petite planète de la taille de Mars et qui a entraîné la formation de la Lune.

Une météorite métallique sur Mars. Crédit : Nasa

Les abondances observées s'expliquent bien si l'on suppose que les météorites les ayant amenées sur Terre se sont formées quelque part entre Mercure et Vénus, une région du disque protoplanétaire où règnaient les conditions thermodynamiques conduisant à la condensation de roches de cette composition chimique et minéralogique. C'est ce que suggère en tout cas le rapport des abondances de ruthénium et d'iridium.

Remarquablement, les rapports d'abondances de HSE dans les météorites d'origine martienne connues sur Terre, provenant donc de sa croûte, sont elles aussi similaires avec celles des météorites ferreuses que l'on connaît. On pense donc qu'un même processus a été à l'œuvre sur Mars.

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