Les Météorites
TPE 1ère S SVT
Anne-Lise CACHAU, Huu Phuc PHAM et Lucas POQUET
Lycée Pierre Paul Riquet St Orens de Gameville (31)
a) Quelles sont les grandes étapes de la formation du système solaire?
1ère étape : Nuage moléculaire
2ème étape : Formation du coeur moléculaire : le protosoleil
3ème étape : Création du disque protosolaire (ou nébuleuse primitive)
4ème étape : Disque d'accrétion
5ème étape : Formation des corps différenciés
6ème étape : Organisation planétaire
1ère étape :
Le nuage moléculaire est le lieu de formation d'étoiles. Celui ayant donné naissance au soleil est principalement composé de :
- molécules d'hydrogène (70%),
- d'hélium (28%) et de 90 autres éléments chimiques (comme le carbone, l'azote, l'oxygène...) issus de la nucléosynthèse (réaction nucléaire au coeur des étoiles).
- De 1% de grains présolaires : poussières micrométriques issues d'explosions d'étoiles en supernovae .
Des grains présolaires, ont été retrouvées dans les chondrites les plus primitives comme les chondrites carbonées (exemple : la météorite d'Allende (Mexique, 1969)).
Ces minéraux de « poussières d'étoiles » représentent moins de 1/1000 du contenu de la matrice des chondrites carbonées mais ils sont très résistants et ils ont donc pu être étudiés après avoir retiré tous les éléments qui les entouraient en utilisant de puissants acides.
Ainsi, la comparaison de ces grains de « poussières d'étoiles », trouvés dans différentes météorites, a permis aux chercheurs de connaître l'environnement stellaire dans lequel s'est formé notre système solaire et de mettre en évidence le fait que notre système solaire a hérité de la matière
provenant de plusieurs étoiles (supernovae, géante rouge).
2ème étape :
Sous l'effet de l'onde de choc provoquée par l'explosion d'une étoile (il y a environ 5 milliards d'années), le nuage moléculaire s'effondre sur lui-même. La matière se concentre vers le centre de ce tourbillon pour former le coeur moléculaire : le protosoleil.
Les matières qui le composent se percutent de plus en plus fréquemment créant ainsi de l'énergie. La chaleur a atteint un tel niveau que les réactions thermonucléaires s'enclenchent et le protosoleil « s'allume ». En outre, plus sa masse s'agrandit et plus son attraction devient importante et donc plus ce coeur moléculaire augmente.
Les inclusions réfractaires (ou CAIs car riches en calcium et en aluminium) que l'on trouve dans certaines météorites seraient les premiers solides à se former en même temps que le protosoleil (ce seraient aussi les seuls matériaux à ne pas s'être évaporés près du soleil en formation). Grâce au
principe de datation appliqué sur les CAIs, il a donc été possible d'évaluer l'âge de notre systèmesolaire
à savoir : 4,567 milliards d'années (à 1 million d'années près selon les auteurs).
3ème étape :
Autour du soleil, la vitesse du nuage de gaz et de poussières est telle qu'il s'aplatit formant un disque : le disque protosolaire, appelé aussi nébuleuse primitive.
4ème étape :
A proximité du soleil, les atomes se collent les uns aux autres pour former des molécules (ex : O et Mg vont former SiO 3Mg2 = pyroxène) et des rains de matière.
Le phénomène d'accrétion commence alors... Il permettra donc la création de corps de plus en plus
volumineux (exemples : astéroïdes, planètes).
Exemple de la météorite d'Orgueil (Tarn et Garonne, 1864, chondrite) dont le corps parent non différencié se serait formé au début de cette phase :
A droite : il a été comparé les éléments chimiques essentiels trouvés dans la météorite d'Orgueil et ceux mesurés par spectroscopie dans la photosphère solaire.
Conclusion : tous les points se situent sur la diagonale (droite de pente 1 passant par l'origine), ce qui signifie que la composition chimique est la même dans les deux milieux. Cette météorite est donc représentative du système solaire.
(crédit photo : d'après Pepin & Becker)
La météorite d'Orgueil sert aujourd'hui de référence mondiale pour définir la composition chimique du soleil et donc du système solaire (puisque la masse du soleil représente 99% de la masse du système solaire). Elle fait d'ailleurs partie de la catégorie des chondrites appelées également météorites primitives.
Les chondrites peuvent donc être considérées comme des « fossiles » du système solaire primitif. Elles nous ont permis non seulement de connaître notre environnement stellaire mais également de dater notre système solaire.
5ème étape :
Des astéroïdes et des embryons de planètes, cumulant suffisamment d'énergie, ont pu subir une nouvelle évolution géologique : la différenciation. Sous l'effet d'une chaleur interne intense, la matière s'est liquéfiée permettant aux éléments les plus denses de se concentrer au coeur et les moins denses de migrer vers la surface.
Exemple de la météorite de Bouvante (Drôme, 1978, eucrite) issue d'un corps parent différencié.
A gauche : comparaison entre les éléments chimiques de la photosphère solaire et une eucrite : la météorite de Bouvante.
Conclusion : La plupart des points s'éloignent de la diagonale, ce qui signifie que cette roche a une composition très différente de celle du soleil.
(Les eucrites proviennent d'un corps parent différencié et sa composition est plutôt proche de la croûte de ce parent avec un appauvrissement des éléments qui vont dans le noyau).
(crédit photo : d'après Pepin & Becker)
6ème étape :
La chaleur diffusée par le Soleil ne se propage pas dans la totalité du disque protosolaire. En s'éloignant du coeur, la température et la densité de gaz décroît ce qui a des conséquences chimiques sur les éléments existants.
En effet, au coeur du nuage, les éléments réfractaires se condensent et deviennent des poussières solides. Les autres éléments sont à l'état gazeux (exemple : l'eau).
Au delà de la ligne de neige, les températures sont plus faibles et davantage d'éléments se condensent (ex : l'eau en glace, le méthane et l'ammoniaque en glace ou sous forme liquide : par exemple sur Uranus).
Ainsi, cette ligne de neige est la limite entre le système interne constitué de planètes telluriques (Mercure, Vénus, Terre, Mars : planètes différenciées) et le système solaire externe constitué de planètes gazeuses (Jupiter et Saturne) et de glace (Uranus et Neptune). (Le soleil est donc entouré de huit planètes, Pluton n'étant plus considéré comme une planète depuis 2006).
La formation des planètes du système solaire s'est donc faite par l'agglomération successive de corps de plus en plus gros. Sous l'effet de la gravité de planètes comme Jupiter, certains corps (les astéroïdes) n'ont pu s'accréter et sont demeurés à un stade intermédiaire de croissance.
C'est en raison de la très grande masse du soleil (2X10^30 kg, 300 000 fois celle de la Terre ; Jupiter, la planète la plus massive, a une masse 1000 fois inférieure à celle du soleil) que tous les autres corps, piégés dans son champ gravitationnel, tournent autour de lui.
Lieu où se
situent
certaines
comètes formées
majoritairement
de glace
Les planètes sont également accompagnées de satellites naturels bien plus nombreux pour les planètes du système solaire externe que pour les planètes telluriques (exemple : deux pour Mars, Deimos et Phobos, un pour la Terre : la Lune, 67 satellites pour Jupiter). Ces satellites se sont formés soit par accrétion, soit par capture (dû au champ gravitationnel de la planète) soit par collision.
Exemple de la Lune :
Avant la formation de la Lune, la Terre n'est encore qu'une protoplanète. Elle est constituée de roches en fusion et recouverte d'un immense océan de magma. Une jeune planète appelée Théïa, de la taille de Mars, entre en collision avec la Terre à une vitesse d'environ 15 km.s-1. Le choc est tel que la Terre absorbe Théïa. Des milliards de tonnes de matière sont éjectées dans l'espace. Certains de ces débris restent en gravitation autour de la Terre formant un anneau de roches en fusion. Puis, en presque un siècle, cette matière en fusion se solidifie, formant alors un satellite : la Lune.
Des missions spatiales (exemple : Apollo de la Nasa, entre 1969 et 1972) ont prélevé des roches
lunaires ce qui a permis aux chercheurs de comparer ces échantillons à certaines météorites trouvées sur Terre. Ces dernières ayant les mêmes caractéristiques que les roches ponctionnées sur la Lune, il en a donc été déduit qu'elles étaient toutes deux issues d'un même corps : la Lune. Ces météorites permettent donc aux scientifiques de connaître les spécificités de la Lune à moindre coût.
Concernant les météorites « SNC » (Shergottite, Nakhlite et Chassignite), comment a t-on pratiqué pour prouver qu'il s'agissait de morceaux de Mars ? Prenons l'exemple de l'une d'entre elles :
La shergottite EETA79001 (Antarctique, 1983)
A t-elle des origines martiennes ?
L'expérience est basée sur l'étude chimique de petites
poches de verre renfermant un gaz atmosphérique
retrouvées dans la météorite. Pour étudier ce gaz, un
échantillon de cette roche a été placé sous vide puis
chauffé régulièrement jusqu'à une température finale de
1500°C. Les gaz qui se sont alors libérés durant ce
chauffage comme l'hélium, l'argon, l'azote etc... ont été
collectés puis analysés. Rien de semblable n'existant sur
Terre donc toute possibilité de contamination terrestre a
été écartée.
Par la suite, ces résultats ont été comparés aux analyses de
l'atmosphère martienne faite in situ par les sondes Viking.
(crédit photo : d'après Pepin & Becker)
Ainsi, comme le montre le graphique, il apparaît une parfaite corrélation entre les différents éléments analysés par les sondes Viking et ceux étudiés sur la météorite. La shergottite EETA 79001 est donc une météorite martienne. (En outre, ces résultats seront confirmés par l'étude d'autres météorites tels Zagami (1995) et Shergotty (1998)).
Bien que n’ayant pas préservé ses caractéristiques primitives, les météorites différenciées sont, elles aussi, une importante source d’information sur la formation des planètes. Par exemple, les météorites de fer ont les mêmes éléments que le noyau terrestre.
Pour conclure : Confirmées par les résultats des observations astronomiques, (exemple : télescope spatial Hubble dont l'un des objectifs était l'analyse de la nébuleuse d'Orion), les informations tirées des météorites révèlent donc l'environnement stellaire et solaire d'origine. De plus, l'âge des inclusions réfractaires sert de point T0 pour notre système solaire, ce qui nous a permis de
l'utiliser comme référence dans nos calculs de datation précédents.