Météorites

Des témoins de l'origine du système solaire

Deux observations, à elles seules, font des météorites des roches uniques en leur genre. La première concerne leur âge: environ 4 milliards 560 millions d'années, ce qui en fait les plus vieilles pierres que l'on ait datées jusqu'à présent. La seconde observation a trait à leur composition chimique: à peu près 85 p. cent des météorites ont une composition proche de celle que les astronomes ont mesurée pour le Soleil (exception faite des gaz comme l'hydrogène et l'hélium qui, abondants dans le Soleil, sont rares dans une roche). Cette observation suggère donc une origine commune aux météorites et au Soleil.
   
Or, le Soleil représente à lui seul 99,8 p. cent de la masse totale du système solaire. Sa composition chimique doit être, par conséquent, voisine de celle du nuage primaire de gaz et de poussières à partir duquel le système solaire s'est formé. Comme les météorites ont une composition chimique comparable à celle du Soleil (ou du nuage primaire) et que ce sont les plus vieilles roches connues, il apparaît donc raisonnable de penser qu'elles sont des échantillons du matériel brut et primitif à partir duquel des planètes comme la Terre se sont formées.
   
Ces météorites de composition quasi solaire sont appelées des chondrites. Elles tirent leur nom du fait qu'elles sont composées entre autres de petites billes rocheuses (pas plus grosses qu'un petit pois) que l'on nomme chondres. Aucune roche terrestre ne possède cette particularité et le processus de formation des chondres est donc à chercher là où les météorites se sont formées, c'est-à-dire dans l'espace.
   
Malgré le vif débat qui entoure encore aujourd'hui le mécanisme exact de la formation des chondres, les scientifiques s'accordent pour dire qu'ils se sont formés à la suite de la fonte et du refroidissement rapide et parfois incomplet d'agrégats de minéraux qui formaient le nuage de poussières primaire. Poussières minérales et chondres seraient ainsi parmi les premiers matériaux à s'être solidifiés dans le système solaire. Sous l'effet de la gravité, ils se seraient petit à petit agglomérés, assemblés les uns avec les autres, pour finalement donner de petites planètes, ou planétoïdes, de composition chondritique.
   

Petite recette pour fabriquer de grosses planètes

Une planète de dimension moyenne comme la Terre possède une structure comparable à celle d'un oeuf dur. La coquille correspond à la croûte; le blanc, au manteau sous-jacent; et le jaune, au noyau. Cette structure a pu être mise en évidence grâce à l'étude des tremblements de Terre, dont les ondes peuvent traverser le globe terrestre, <<radiographiant>> ainsi son intérieur.
   
La composition chimique de la croûte est assez bien connue. Celle du manteau a été déterminée grâce à des fragments de manteau transportés à la surface de la Terre par les magmas des volcans qui agissent comme des foreuses naturelles. La composition du noyau terrestre a, pour sa part, été précisée en 1961 par l'Américain Francis Birch. Reproduisant en laboratoire les conditions de très hautes pression et température régnant au centre de la Terre, celui-ci découvrit que l'élément chimique qui expliquait le mieux la vitesse de propagation des ondes sismiques dans le noyau était le fer. Avec ces données, les géologues ont vite essayé de vérifier s'ils pouvaient, à partir d'une chondrite, reproduire la structure et la composition chimique de notre planète afin de tester le modèle chondritique. La réponse ne se fit pas attendre: oui!
   
Prenons une chondrite, broyons-la et, avec un aimant, séparons-en la poussière de fer des autres minéraux. L'analyse de ces derniers montre qu'ils ont une composition chimique similaire à celle des roches du manteau terrestre. De plus, la proportion entre le fer extrait et les autres minéraux correspond à celle observée entre le noyau de fer et le manteau rocheux de la Terre! Le modèle chondritique se confirmerait donc. Lors de la formation du système solaire, le matériel chondritique s'est suffisamment aggloméré à certains endroits pour former des planétoïdes; ces derniers étaient assez gros et chauds pour que le fer, très dense, se concentre en un noyau au centre, sous l'effet de la gravité, laissant autour de lui un manteau rocheux et, en surface, une croûte mince également rocheuse.
   
Ce scénario d'apparence simpliste est en fait très solide, car il est corroboré par des témoins de la formation du système solaire que nous avons jusqu'à présent négligés, à savoir les quelque 15 p. cent de météorites ayant une composition chimique différente de celle du Soleil. Ces météorites se répartissent en trois groupes dont la composition reflète justement celle d'un noyau, d'un manteau en formation et de la croûte d'une planète! Ce sont respectivement les fers ou sidérites (formés principalement d'un alliage de fer et de nickel), les fers pierreux ou sidérolithes (formés de minéraux enveloppés d'un alliage de fer et de nickel) et les achondrites (formés de minéraux et ne possédant pas de chondres). Les achondrites montrent des traces de fusion évoquant les phénomènes volcaniques que l'on retrouve à la surface de la Terre. La seule différence réside dans le fait que la fusion dans les achondrites date du début de la formation du système solaire, tandis que le volcanisme terrestre se poursuit toujours!
   
Dans cette perspective, les météorites apparaissent comme des fragments de planétoïdes éclatés qui ont survécu à un long voyage à travers le temps et l'espace pour nous livrer l'enregistrement des diverses étapes de la construction des planètes. Étant une chondrite, la météorite de Saint-Robert provient donc probablement d'un planétoïde qui ne s'est pas séparé en noyau, manteau et croûte, faute de chaleur ou de temps pour le faire. Par contre, sa composition minéralogique et chimique, de même que l'observation microscopique de ses chondres et minéraux, montre que ceux-ci ont réagi chimiquement les uns avec les autres.
   
Cela suggère que le planétoïde à l'origine de la météorite de Saint-Robert a néanmoins subi un léger réchauffement, le préparant peut-être à se séparer en noyau, manteau et croûte. Pour des raisons encore mal comprises, il s'est ensuite cassé en morceaux. Un de ces fragments a récemment croisé l'orbite de la Terre pour s'écraser près de Saint-Robert. Mais d'où, dans le cosmos, ce fragment provient-il?

Un visiteur venu de loin

En s'éloignant progressivement du Soleil, la première planète que l'on rencontre est Mercure, suivie de Vénus, de la Terre, de Mars et de Jupiter. Entre Mars et Jupiter se trouvent une multitude de corps rocheux de tailles variables formant une ceinture autour du Soleil: ce sont les astéroïdes. Le plus gros, Cérès, a 933 km de diamètre, les plus petits ont la taille de poussières. Or, la chute de quelques météorites sur Terre a pu être photographiée de différents endroits simultanément. Leurs trajectoires autour du Soleil ont pu ainsi être mesurées avec précision. Elles croisent toutes l'orbite de la ceinture d'astéroïdes. De plus, ces météorites sont toutes des chondrites, comme celle de Saint-Robert! Celle-ci proviendrait donc vraisemblablement d'un astéroïde. Ce dernier s'est probablement éjecté de la ceinture d'astéroïdes par suite d'une collision avec un autre astéroïde ou aidé par la force de gravité de Jupiter, la planète géante.
   
Des géologues ont montré qu'il faut non pas une seule planète, mais au moins cinq planétoïdes (et jusqu'à plus de 70, selon certains scientifiques) pour expliquer les variations chimiques observées parmi toutes les météorites répertoriées. Ces planétoïdes n'auraient pas réussi à s'agglomérer en une planète unique à cause de la force de gravité de Jupiter. Mentionnons également que la ceinture d'astéroïdes n'est pas la seule source connue de météorites. Quelques-unes seraient des fragments de roche arrachés à la surface de la Lune ou de Mars à la suite d'une collision de météorites géantes, d'astéroïdes ou de comètes avec ces planètes. D'autres météorites, enfin, sont soupçonnées d'être des débris de comètes.