Un événement précoce de la Terre remis en cause

La réalisation de mesures de haute précision de la composition isotopique en néodyme et samarium d'objets parmi les plus vieux du Système solaire a permis à deux chercheurs, l'un de la University of western Ontario (UWO, Canada) et l'autre du Laboratoire magmas et volcans (LMV/OPGC, CNRS / UBP / UJM / IRD), d'apporter de nouveaux éclaircissements sur la genèse de la Terre. Ils ont notamment pu montrer que la composition isotopique de la Terre n'était pas unique, remettant en cause un événement majeur de différenciation précoce de la Terre.

Comment la Terre s'est-elle formée et à partir de quel type de matériaux planétaires sont des questions qui animent la communauté des Sciences de l'Univers depuis toujours. Les nouvelles mesures isotopiques du néodyme et du samarium réalisées sur les premiers solides condensés lors de l'effondrement du nuage protosolaire apportent de nouvelles réponses quant à nos origines. Les inclusions réfractaires riches en calcium et aluminium (CAIs) de plusieurs météorites (chondrites carbonées) démontrent que l'abondance de l'isotope Nd est similaire à la composition terrestre.

Les météorites du groupe des chondrites à enstatite apparaissent aussi comme les plus proches de la Terre en composition isotopique ce qui indique que diffèrent types d'objets primitifs se sont formés dans une zone du disque protoplanétaire à proximité de la Terre. L'isotope Nd provient en partie de la désintégration du Sm qui a existé seulement pendant les premières centaines de millions d'années du Système solaire.

En 2005 il avait été mesuré une faible variation en Nd entre les chondrites qui sont considérées comme briques élémentaires constitutives de la Terre et les échantillons terrestres. Ces résultats avaient été très largement interprétés comme un évènement de différentiation précoce de la Terre dans les premiers 30 millions d'années de son histoire. Les nouveaux résultats prouvent au contraire que la Terre et d'autres objets du Système solaire partagent les mêmes signatures isotopiques en Nd, celles-ci étant très certainement acquises pendant la croissance de notre planète et non plus tardivement lors de la formation des différentes couches qui structurent la Terre, notamment la croûte et le manteau. Ces résultats montrent aussi que le Terre s'est formée de matériaux aux abondances élémentaires globalement chondritiques pour les éléments réfractaires.

L'amélioration des techniques de mesure a permis de montrer que différents objets du Système solaire sont constitués d'éléments, dont le Nd et Sm, aux compositions isotopiques légèrement différentes. Ces variations en isotopes stables montrent que le Système solaire n'était pas homogène pendant la période d'accrétion. La mesure à haute précision de la composition isotopique en néodyme et samarium des plus vieux objets formés dans le Système solaire prouve que la composition isotopique de la Terre n'est pas unique mais qu'elle est également trouvée dans ces rares objets. Prouver la similarité isotopique entre ces objets et la Terre a nécessité de séparer les différents minéraux présents dans ces inclusions réfractaires et de les analyser par spectrométrie de masse (méthode isochrone).

Cette étude a été réalisée grâce à des financements de la National science fundation et du France-Canada research fund.