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Des astéroïdes ont-ils bien été chauffés par induction ?

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La nature minéralogique et le contenu en molécules organiques de certaines météorites indiquent que bon nombre d'astéroïdes ont été chauffés, parfois à des températures de plusieurs centaines de degrés. En complément de la désintégration radioactive d'éléments comme l'aluminium 26, un processus de chauffage par induction avait été avancé. Il est remis en cause aujourd'hui dans sa forme originale.

Une vue d'artiste du disque protoplanétaire entourant le jeune Soleil quand les planètes étaient encore en formation. Du gaz et du plasma plongés dans le champ magnétique de notre étoile auraient été à l'origine d'un processus de chauffage par induction de certains des corps présent dans la Ceinture d'astéroïdes. Cette théorie a été partiellement remise en cause. © Nasa

La détection de molécules organiques dans les nuages interstellaires grâce aux progrès de la radioastronomie a été une découverte à laquelle personne ne s'attendait. On a réalisé récemment que la cosmochimie dans ces nuages était même probablement plus active et complexe qu'on ne l'imaginait, à cause de l'effet tunnel. La présence de ces molécules est lourde de signification, car elles doivent se retrouver dans les matériaux des disques protoplanétaires que l'on observe, y compris dans les restes de ces disques, à savoir des astéroïdes. On peut donc en conclure que la chimie prébiotique à l'origine de la vie doit se retrouver dans tous les systèmes planétaires en formation.

Notre Système solaire ne devrait pas échapper à cette règle. Pour le vérifier, il suffit d'examiner les météorites. Venant principalement de la Ceinture d’astéroïdes, plusieurs des météorites arrivées sur Terre contiennent en effet des molécules organiques. On les trouve dans les fameuses chondrites carbonées, comme celle de Murchison ou d'Allende. Or, certaines de ces chondrites portent des traces montrant qu'elles ont été portées à des températures élevées, avant d'entrer dans l'atmosphère de la Terre. Des altérations aqueuses des minéraux de ces objets, ainsi que la présence de certaines molécules prébiotiques, montrent que de l'eau chaude a circulé dans des corps célestes parents de ces météorites. De plus, certaines météorites ne sont pas des chondrites, mais ressemblent à des roches volcaniques terrestres et même à des roches métamorphiques : on les appelle des achondrites. L'existence de météorites métalliques constituées de fer de nickel, les sidérites, s'ajoutant à ce tableau, on en déduit que ces achondrites proviennent de gros astéroïdes, voire de petites planètes, différenciées.

Radioactivité et induction, la recette pour chauffer les astéroïdes

Mais qui dit différenciation, avec formation d'un cœur métallique et d'un manteau surmonté par une croûte comme dans le cas de la Terre, dit sources de chaleur. Une première hypothèse pour expliquer ces sources est naturellement de faire intervenir des isotopes radioactifs de courtes périodes. On sait que de l'aluminium 26, provenant de l'explosion d'une étoile en supernova juste avant la formation du disque protoplanétaire du Système solaire, était présent dans les comètes et les planétésimaux pendant les premiers millions d'années de sa formation. Depuis les travaux d'Urey, le prix Nobel de chimie, on sait que la radioactivité de cet isotope devait être la principale source de chaleur dans les jeunes corps célestes.

Une vue d'artiste de l'époque où le Soleil était encore une protoétoile tirant son énergie de la seule contraction gravitationnelle. Un disque protoplanétaire (en vert) l'entourait, alimenté par la chute de gaz et de poussières issus de la nébuleuse protosolaire (en bleu avec des flèches noires). Le Soleil était alors en phase T Tauri et émettait donc un intense rayonnement ultraviolet. C'est à cette époque, pendant les premiers millions d'années de l'histoire du Système solaire, que nombre d'astéroïdes ont subi un chauffage important. © Lawrence Berkeley National Laboratory

Or, il existe un gradient minéralogique dans la Ceinture d'astéroïdes qui renvoie à des processus d'accrétion à l'origine des corps célestes. Ce gradient ne permet pas d'expliquer facilement le nombre de météorites portant des traces de chauffage uniquement en se basant sur la désintégration d'éléments radioactifs. C'est pourquoi, dès 1968, il avait été proposé un autre mécanisme, celui du chauffage par induction.

L'idée était simple et brillante. En raison des lois de la relativité restreinte, un champ magnétique dans un référentiel au repos peut apparaître comme un champ électrique dans un autre référentiel en mouvement par rapport au premier (et inversement). En modélisant les astéroïdes comme des corps diélectriques en mouvement dans le champ magnétique du jeune Soleil en phase T-Tauri, un groupe de physiciens en avait déduit que des courants électriques y étaient produits. On pouvait donc rendre compte des températures élevées atteintes dans les astéroïdes par effet Joule.

Un plasma faiblement ionisé autour des protoétoiles T-Tauri

Des chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute viennent pourtant de remettre en cause dans un article sur arxiv, non pas la théorie du chauffage électromagnétique des astéroïdes en elle-même, mais son application. En effet, depuis le début des années 1970, notre connaissance des protoétoiles en phase T Tauri ainsi que celle des disques protoplanétaires ont progressé. L'environnement de ces étoiles, en particulier le plasma dans les disques les entourant, ne se révèle pas conforme aux premiers modèles avancés il y a des dizaines d'années. Les astéroïdes devaient se déplacer dans un mélange de gaz neutres et de plasma qui, au final, était un milieu faiblement ionisé. On supposait qu'il l'était totalement. Surtout, les physiciens se sont rendu compte que le raisonnement sous-tendant les calculs de leurs prédécesseurs était faux.

L'idée d'un chauffage par induction électromagnétique est peut-être encore viable, mais les chercheurs sont en train de réexaminer la question dans le cadre de ce qu'on appelle la magnétohydrodynamique multifluide. Ils disposent de nouvelles équations, mais il est encore trop tôt pour savoir si elles suffisent à rendre compte des observations concernant l'histoire thermique des corps de la Ceinture d'astéroïdes, ainsi que de la chimie prébiotique s'y étant déroulée et à l'origine de la vie sur Terre.

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