Comment la Terre s’est-elle formée ? Voilà une question toujours débattue. Car il existe certaines anomalies chimiques dans la composition de la croûte terrestre qui suggèrent que notre Planète ne s’est pas formée simplement par accrétion de planétésimaux.

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[EN VIDÉO] Les planètes du Système solaire sont nées de cataclysmes La Terre et les autres planètes tournant autour du Soleil sont nées dans la tourmente, au hasard des collisions successives. C'est ce que nous décrit cet épisode de la série Les clés de l'univers proposé par la chaîne Discovery Science.

Si le nombre d’exoplanètes découvertes ne cesse d’augmenter, les exemples présentant des caractéristiques proches de celles de la Terre restent cependant très rares. Cette apparente rareté est-elle liée aux difficultés à détecter ces petites planètes rocheusesplanètes rocheuses ? Ou la Terre présente-t-elle certaines spécificités dans la façon dont elle s'est formée ?

Il est vrai que les processus menant à la formation des planètes sont encore mal connus. Plusieurs études récentes pointent d'ailleurs le fait que la composition actuelle de la Terre ne correspond pas exactement avec ce à quoi l'on devrait s'attendre si la planète s'était uniquement formée par accrétionaccrétion de météorites rocheuses primitives (chondriteschondrites).  

Une naissance dans le chaos des collisions entre planétésimaux

Jusqu'à présent, le modèle préféré pour expliquer la formation des planètes rocheuses fait en effet majoritairement intervenir des collisions. Et cela a commencé dès l'effondrementeffondrement du disque solaire, composé de poussières et de gazgaz. Outre le SoleilSoleil, de nombreux petits corps planétaires, appelés planétésimaux, se sont formés par accrétion de ce matériel. En se percutant, ces nombreux planétésimaux ont donné naissance à des objets de plus en plus gros, jusqu'à la formation des différentes planètes rocheuses qui caractérisent la partie interne du Système solaire.  

Disque de poussière et de gaz à l'origine du Soleil et des planètes de notre Système solaire. © Nasa, JPL, Caltech, T. Pyle
Disque de poussière et de gaz à l'origine du Soleil et des planètes de notre Système solaire. © Nasa, JPL, Caltech, T. Pyle

Ce processus de formation requiert un nombre phénoménal de collisions. Un mécanisme favorisé par l'augmentation croissante de l'attractivité gravitationnelle des protoplanètes, en lien avec leur croissance. C'est le moment des impacts géants, tels celui qui mena à la formation de la Lune. Cette période d'intenses bombardements des jeunes planètes a été critique pour le modelage du Système solaire tel qu'on le connaît aujourd'hui.

Mais quel a été l'impact de ces collisions sur la composition chimique des planètes rocheuses ? Pour Paul Frossard du Laboratoire MagmasMagmas et VolcansVolcans de Clermont-Ferrand et ses collègues, la composition chimique de la croûte terrestrecroûte terrestre primordiale aurait changé au cours du temps en réponse à l'érosion créée par ces multiples impacts cosmiques.

Une anomalie de la composition chimique due à l’érosion des impacts cosmiques

Depuis 2005, l'on sait qu'il existe un important décalage entre la composition de la croûte terrestre et la composition des chondrites, ces météorites rocheuses qui ont participé à la formation de la Terre. En particulier, la Terre semble enrichie en 142Nd (neodynium) par rapport au 144Nd. Le neodynium est un élément lourd, mais incompatible avec la composition du manteaumanteau, qui a donc tendance à être « expulsé » vers la surface et à se retrouver dans la composition de la croûte. Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer cette anomalie. La première suggère que nos observations sont biaisées par le fait que nous ne pouvons analyser que les couches superficielles de la Terre et que la composition des niveaux plus internes permettrait de retomber sur la composition attendue qui est celle des chondrites. Une autre hypothèse suggère que la composition du disque solaire n'était pas uniforme et que ce seraient les planétésimaux eux-mêmes qui aient été appauvris en 142Nd.  

La croûte primitive de la Terre aurait été largement érodée par les multiples impacts et collisions durant la formation de la planète. © magann, Adobe Stock
La croûte primitive de la Terre aurait été largement érodée par les multiples impacts et collisions durant la formation de la planète. © magann, Adobe Stock

Mais Paul Frossard propose cependant une autre solution. La croûte primordiale de la Terre aurait été abrasée en continu par les impacts météoritiques durant sa formation, entraînant la perte des éléments préférentiellement présents dans la croûte, comme le 144Nd. Le 142Nd étant produit par la décroissance radioactive du 146Sm (samariumsamarium), un élément présent dans la croûte mais également dans le manteau, ce processus d'érosion expliquerait l'excès final de 142Nd par rapport au 144Nd.

20 % de la Terre arrachés lors des impacts

D'après les résultats publiés dans la revue Science, plus de 20 % de la Terre auraient ainsi été « arrachés » par les collisions durant sa formation. Cette hypothèse permettrait en outre d'expliquer d'autres « anomaliesanomalies » de composition, notamment l'appauvrissement en certaines terres raresterres rares comme l'uraniumuranium, le potassiumpotassium et le thorium.

Ce mécanisme d'érosion planétaire est-il habituel lors de la formation des planètes rocheuses ? Ou s'agit-il d'une spécificité terrestre ? De nouvelles recherches pourraient permettre de définir dans quelle mesure ce mode de formation aurait pu impacter la capacité de la Terre à accueillir la vie.