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Posté par Adrien le Vendredi 27/04/2018 à 00:00
Origine de l'eau des astéroïdes carbonés
Quelle est l'origine de l'eau des océans terrestres et des molécules carbonées, ingrédients indispensables au développement de la vie sur Terre ? L'hypothèse souvent évoquée est celle d'un apport tardif, après les premières étapes de formation de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la...), par des petits corps hydratés tels que des comètes ou des astéroïdes. Il n'existe pourtant pas de consensus sur la nature de ces corps hydratés et on connaît encore mal la répartition de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et des composés organiques dans le système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui...) lors de sa formation.


Photo de la sonde ionique IMS1280-HR de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) d'Hokkaido au Japon utilisée pour cette étude. Crédits: IIL Hokkaido University.

La composition de l'eau dans le système solaire au moment de la formation des planètes peut être sondée par l'étude des météorites primitives comme les chondrites carbonées. Ces chondrites proviennent d'astéroïdes riches en carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), qui se sont formés à des températures assez basses pour que l'eau se trouve sous forme de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) et puisse être agglomérée avec les poussières solides. Une fois incorporée aux astéroïdes, la glace a fondu et a altéré les poussières qui l'entourent formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur...) ainsi des minéraux hydratés (argiles) qui enregistrent la signature de la glace d'eau. En mesurant la composition des minéraux hydratés des chondrites, on peut ainsi remonter à la composition de la glace d'eau présente au moment de la formation des astéroïdes, dans les premiers millions d'années du système solaire.

Les météorites analysées

Dans cette étude, un type de météorites primitives a été sélectionné, les chondrites carbonées de type CM: elles sont parmi celles contenant le plus d'eau et sont similaires aux poussières micrométriques tombées sur la Terre tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) au long de son histoire. Les scientifiques ont utilisé une sonde ionique de dernière génération à l'université d'Hokkaido au Japon pour analyser la composition isotopique de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) dans les chondrites. L'élément hydrogène possède deux isotopes stables, H et D pour hydrogène et deutérium (Le deutérium (symbole 2H ou D) est un isotope naturel de l'hydrogène. Il possède 1 proton et 1 neutron. Son nombre de masse est 2.). Ces deux isotopes ont le même nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de protons mais seul D possède un neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les neutrons, avec les protons, sont...), ce qui le rend deux fois plus lourd que H. Cette différence de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse grave). Ces...) explique un comportement légèrement différent pour H et D dans les processus géologiques et astrophysiques. Comme les minéraux hydratés des chondrites sont très finement mélangés à des composés carbonés contenant de l'hydrogène, il n'est pas possible de mesurer directement leur composition isotopique D/H.

Une approche innovante

Dans cette étude, les équipes ont mesuré en parallèle le rapport D/H et le rapport élémentaire carbone sur hydrogène (C/H). Comme les minéraux hydratés ne contiennent pas de carbone et que les composés carbonés sont enrichis en deutérium par rapport aux minéraux, les rapports D/H et C/H varient de façon couplée lorsque les proportions de minéraux hydratés et de composés carbonés changent. En mesurant ces rapports dans des zones des chondrites ayant des proportions différentes de composés carbonés et minéraux hydratés, on obtient une droite de mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le...) dont l'ordonnée à l'origine, pour C/H = 0, indique la composition isotopique D/H des minéraux hydratés

Résultats et implications pour le système solaire

Les résultats montrent que la composition isotopique D/H de la glace d'eau qui s'est trouvée sur les astéroïdes des chondrites de type CM est 1.5 fois plus faible que le D/H des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a...) terrestres. Ce faible D/H indique que l'eau s'est formée dans le système solaire interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme...) à la différence de la glace d'eau de la comète (En astronomie, une comète est un petit astre brillant constitué de glace et de poussière du système solaire, dont l'orbite a...) 67P/ Churyumov-Gerasimenko visitée récemment par la sonde Rosetta (Rosetta est une sonde spatiale conçue par l'Agence spatiale européenne (ESA), ayant pour objectif de récolter des informations sur la comète Churyumov-Gerasimenko.) (ESA). Parmi les six chondrites étudiées, la météorite (Une météorite est un corps matériel provenant de l’espace extra-atmosphérique de taille comparativement petite qui atteint la...) Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin...) montre un comportement particulier. Paris est la chondrite (Chondrite est un terme utilisé en astronomie pour désigner un certain type de météorite pierreuse (moins de 35% de métal). Cette catégorie renferme...) de type CM qui contient le moins de minéraux hydratés avec des zones qui semblent avoir échappé à l'altération par la glace d'eau fondue. Dans ces zones, le rapport D/H des minéraux hydratés est plus élevé que dans les zones altérées et dans les autres chondrites CM.

Ces résultats indiquent que la chondrite Paris a conservé la signature de deux sources d'eau différentes: l'eau pauvre en D du système solaire interne et une eau riche en D, probablement formée plus loin dans le Système solaire. La présence de deux sources d'eau implique que des transferts de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) aient eu lieu dans le système solaire lors de la formation des astéroïdes.

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Source: CNRS-INSU