Météorite : fin du mystère de l'origine des pallasites ?

Les météorites sont la mémoire de l'histoire du Système solaire. Certaines, comme celle de Gibeon, une météorite de fer constituée d'un alliage fer-nickel tombée sur Terre en Namibie, sont des fragments de cœurs de planétésimaux ou même d'embryonsembryons de planètes qui se sont différenciés chimiquement et minéralogiquement, tout comme la Terre lorsqu'elle a formé son manteaumanteau et son noyau.

En effet, au tout début de la formation du Système solaire, le matériaumatériau du disque protoplanétairedisque protoplanétaire où naissaient les planètes contenait encore des quantités importantes d'un isotopeisotope radioactif de courte duréedurée de vie, l'aluminiumaluminium 26. Incorporé dans les planétésimaux qui allaient donner par accrétionaccrétion des embryons de planètes, cet élément allait chauffer ces corps au point de les faire fondre, au moins partiellement, ce qui a conduit les éléments les plus lourds, comme le fer et le nickel qui sont abondants du fait des lois de la nucléosynthèsenucléosynthèse nucléaire dans les étoilesétoiles, à plonger au cœur de ces petits corps célestes.

La physique et la chimie des hautes pressions, une clé de l'origine des planètes

C'est un scénario très plausible pour les corps suffisamment massifs pour contenir initialement beaucoup de ²⁶Al. Il s'applique particulièrement bien au cas de la Terre comme on peut s'en convaincre en considérant une classe particulière de météorites, les chondrites à enstatite. Lorsque l'on retire d'une chondritechondrite à enstatite les particules de fer natif qu'elle contient, le résidu est chimiquement très proche des péridotitespéridotites, les roches qui constituent une large part du manteau de la Terre et qui sont caractérisées par de beaux cristaux d'olivineolivine verdâtres. Mieux, le rapport entre la proportion de fer dans une chondrite à enstatite et ce résidu silicaté est également proche de celui entre le contenu en fer du noyau de notre Planète et son manteau silicaté.

Il est donc naturel d'interpréter une autre classe de météorites, les pallasitespallasites, montrant des cristaux d'olivine plongés dans une matrice de fer-nickel, comme les restes de l'interface entre un noyau de fer-nickel et un manteau silicaté appartenant à une petite planètepetite planète disparue.

C'est du moins ce que beaucoup de planétologues et de cosmochimistes pensaient mais, comme Futura l'avait expliqué il y a quelques années dans le précédent article ci-dessous, un nouveau modèle capable d'expliquer également l'origine des pallasites avait été avancé.

Vue sur la presse multi-enclumes SAPHiR du FRM II. © W. Schürmann, TUM

Aujourd'hui, Nicolas Walte, du Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) à Garching, avec des collègues du Geoinstitute bavarois de l'université de Bayreuth et de la Royal Holloway University de Londres, viennent de publier un article dans Earth and Planetary Science Letters dans lequel de nouveaux arguments en faveur du modèle déjà proposé il y a huit ans sont avancés.

Les chercheurs se sont en effet servis de la presse multi-enclume SAPHiR (Six Anvil Press for High pressure Radiography and diffractiondiffraction) de la Research NeutronNeutron Source Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) de l'Université technique de Munich (TUM) pour reproduire les conditions de formations des pallasites dans des expériences relevant de la physiquephysique des hautes pressionspressions et des hautes températures, comme celles rencontrées lors de la collision de deux petits corps célestes.

Impact d'un petit astéroïde sur un plus gros. Pendant l'impact, le fer fondu du noyau du corps impactant se mélange avec la couche riche en olivine du corps principal. © R. Müller, TUM

Du métal liquide qui percole lors d'une collision

Le recours à ce type d'expérience est une nécessité car, comme l'expliquait Futura, l'autre scénario pour la genèse des pallasites considérées fait intervenir une collision entre un corps céleste contenant déjà un noyau de fer et de nickel liquideliquide et un autre objet de plus grande taille. L'alliage de Fe-Ni se serait alors injecté dans le manteau minéralogiquement proche des péridotites terrestres du plus grand astreastre, percolant entre des grains d'olivine avant de se refroidir et de se solidifier. Comme l'explique Nicolas Walte dans un communiqué de la TUM, la presse est tout à fait adaptée à l'exploration de ce phénomène : « Avec une force de pression de 2.400 tonnes, SAPHiR peut exercer une pression de 15 gigapascals (GPa) sur des échantillons à plus de 2.000 °C. C'est le double des pressions nécessaires pour convertir le graphitegraphite en diamantdiamant ». Pour simuler la collision de deux corps célestes, l'équipe de recherche n'a toutefois eu besoin que d'une pression de 1 GPa avec une température de 1.300 °C.

Les cosmochimistes ont été récompensés de leurs efforts. Pour la première fois, ils ont été capables de reproduire les caractéristiques de tous les types de pallasites connus. Le mystère de l'origine des pallasites est donc probablement résolu. Les fragments trouvés sur Terre seraient issus de collisions ultérieures ayant détruit les couches d'astéroïdesastéroïdes contenant ces pallasites.

Les pallasites, des morceaux de coeurs de planètes ?

Article de Laurent SaccoLaurent Sacco publié le 20/11/2012

Représentant seulement 1 % des météorites tombant sur Terre, les pallasites fascinent par leur beauté. On pensait qu'elles provenaient de l'interface manteau-noyau de petites planètes différenciées détruites par des collisions. Il n'en serait rien, d'après une étude récente.

Avec des fragments d'Allende, les pallasites sont certainement parmi les météorites que tout collectionneur se doit de posséder. Il est difficile de résister à la fascination d'une coupe de ces météorites où de beaux cristaux d'olivine de couleurcouleur jaune-vert (souvent transparentstransparents) « flottent » dans un alliage fer-nickel, qu'elles partagent avec les sidéritessidérites, sans être en contact les uns avec les autres.

Comme l'immense majorité des météorites trouvées sur Terre, les pallasites sont issues de la ceinture d’astéroïdes. Dissipons toutefois une confusion : ces météorites ne tirent pas leur nom du fait qu'elles proviendraient de la famille des astéroïdes associés à PallasPallas. Comme l'explique Jean-Pierre LuminetJean-Pierre Luminet dans l'ouvrage qu'il vient de publier sur les astéroïdes et les risques qu'ils font peser sur la vie sur Terre (sur lequel Futura-Sciences reviendra plus longuement), ces météorites doivent leur nom à Peter Simon Pallas.

Une météorite russe

Pallas était un naturaliste allemand au service de l'impératrice Catherine II de Russie qui avait exploré la Sibérie et en avait rapporté une météorite de 680 kgkg découverte en 1749 près de Krasnoïarsk. De retour en Allemagne, Pallas avait envoyé un échantillon de cette météorite à son ami le physicienphysicien Ernst Chladni, le fondateur de l'acoustique moderne, bien connu pour ses travaux ayant conduit à la découverte des fameuses figures acoustiques de Chladni.

Fait moins connu, Ernst Chladni s'intéressait beaucoup aux météorites. Il a publié en 1794 un article historique où il fut le premier à soutenir scientifiquement que les météorites étaient des objets extraterrestres, et peut-être des vestiges de la formation des planètes du Système solaire. C'est Chladni qui appela « pallasites » les météorites similaires à celle de Krasnoïarsk, en hommage à son ami.

On voit sur cette image la coupe d'une pallasite. Ce sont des météorites mixtes où l'on observe des cristaux d'olivine noyés dans un alliage de fer et de nickel. On pensait qu’il s'agissait d'échantillons de la couche présente à l'interface du noyau et du manteau de gros astéroïdes différenciés. Le même type de roche se retrouvait probablement à cette même interface sur Terre. © J. Debosscher, KU Leuven

Les pallasites, morceaux d'interface entre manteau et noyau ?

Au XX^e siècle, les progrès de la cosmogonie, de la cosmochimie et de la géophysique ont permis de valider l'hypothèse de Chladni en fournissant en plus une explication pour l'origine des pallasites. Presque tout semblait indiquer qu'il s'agissait de fragments de l'interface entre le noyau et le manteau d'un petit corps céleste de quelques centaines de kilomètres de diamètre, mis à la disposition de l'Homme par des collisions destructrices.

Quiconque tenait en main une telle météorite possédait donc un morceau du cœur d'une planète et voyait de ses propres yeuxyeux à quoi devaient ressembler les roches à l'interface du manteau et du noyau de la Terrenoyau de la Terre. Depuis Chladni, on a en effet compris que la Terre était un astre différencié avec un noyau de fer et de nickel partiellement fondu à plusieurs milliers de degrés, enrobé d'un manteau silicaté riche en olivines.

Toutefois, une telle interprétation de l'origine des pallasites ne convainquait pas tout le monde car elle laissait des énigmes irrésolues, comme le mentionne le planétologue Pierre Thomas.

Un article récemment publié dans Science vient d'ailleurs d'apporter de l'eau au moulin de ceux qui soupçonnaient qu'une autre explication devait exister. Dans l'article, les chercheurs expliquent avoir mis en pratique une technique pour mesurer les caractéristiques d'un possible champ magnétiquechamp magnétique rémanentrémanent dans les cristaux d’olivine.

Une protoplanète de 400 km de diamètre

À priori, une petite planète différenciée avec un noyau partiellement liquide similaire à celui de la Terre doit être le lieu d'un effet dynamoeffet dynamo, générant un champ magnétique, comme celui exploré en laboratoire avec l'expérience VKS. Toutefois, étant donné la température élevée régnant à l'interface du noyau et du manteau d'une telle planète, des grains métalliques dans les cristaux d'olivine doivent être trop chauds pour être magnétisés.

Or, après avoir utilisé un laserlaser au CO₂ pour chauffer ces grains au-dessus de la température de Curie et les avoir laissés refroidir ensuite en présence d'un champ magnétique, une mesure du champ magnétique final à l'aide d'un SquidSquid (superconducting quantum interference device) a montré que ces grains possèdent bel et bien les traces d'un champ magnétique primitif.

En combinant cette mesure avec une simulation du corps céleste parent, les chercheurs sont parvenus à la conclusion que ces cristaux d'olivine devaient s'être formés à faible profondeur dans le manteau d'une protoplanète 30 fois plus petite que la Terre, avec un rayon de 200 km environ. La matrice en fer-nickel doit donc provenir de l'injection du matériau liquide du cœur d'un autre petit corps céleste dans le manteau de la protoplanète, au moment de la collision ayant conduit à la fragmentation de ces deux astres.

Cette révolution dans l'interprétation de l'origine des pallasites donne à réfléchir. Il est probable que lorsque de futures missions robotisées pourront scruter de près la surface de beaucoup d'astéroïdes, et pourquoi pas, la parcourir à l'aide d'un roverrover pour en rapporter des échantillons sur Terre, de nouvelles surprises en sortiront concernant l'histoire des météorites et des astéroïdes. De plus, qui sait quels seront les aperçus extraordinaires que nous pourrions déduire des échantillons rapportés par ces futurs cousins de la sonde Rosetta sur l'enfance de la Terre, alors qu'elle aussi était une protoplanète ?