Ces 5200 tonnes de poussières cosmiques qui pleuvent sur la Terre chaque année

L’Antarctique constitue le terrain de jeu parfait pour les scientifiques en quête de poussières extraterrestres. Ce continent est le dernier à avoir été exploré par l’homme, mais surtout, le fait qu’il soit couvert de neige et de glace et qu’il soit isolé des autres continents par d’immenses océans a permis de protéger ces poussières extraterrestres des poussières terrestres. 
Photo: Jean Duprat, IMPMC L’Antarctique constitue le terrain de jeu parfait pour les scientifiques en quête de poussières extraterrestres. Ce continent est le dernier à avoir été exploré par l’homme, mais surtout, le fait qu’il soit couvert de neige et de glace et qu’il soit isolé des autres continents par d’immenses océans a permis de protéger ces poussières extraterrestres des poussières terrestres. 

Des poussières extraterrestres, provenant d’astéroïdes et de comètes, dont certaines situées aux confins de notre système solaire, pleuvent continuellement sur notre planète depuis qu’elle existe. Des chercheurs ont déterminé que 5200 tonnes de ces micrométéorites atteignent la surface de la Terre chaque année. Riches en eau et en composés carbonés, ces microparticules auraient vraisemblablement fourni les ingrédients de base nécessaires à l’émergence de la vie sur Terre.

Au cours des 20 dernières années, le cosmochimiste français Jean Duprat a fait six expéditions en Antarctique pour recueillir ces fameuses poussières venant de l’espace interplanétaire de notre système solaire. Les multiples échantillons collectés dans la neige de ce continent reculé ont permis de déterminer avec une précision inégalée le flux annuel de ces particules extraterrestres sur le sol de notre planète.

« L’Antarctique est le dernier continent à avoir été exploré, mais surtout, c’est un continent couvert de neige et de glace qui est isolé des autres continents par d’immenses océans qui le protègent des poussières terrestres », fait remarquer M. Duprat lors d’un entretien par visioconférence.

Dôme C, le site précis où l’équipe de M. Duprat a récolté des poussières extraterrestres, se trouve à 1100 kilomètres des côtes et à un peu plus de 3000 mètres d’altitude. « On est allés à cet endroit pour prendre de la neige, la faire fondre et la filtrer avec cette idée que c’était probablement un des endroits les plus propres au monde pour trouver de la poussière extraterrestre. Et il s’est trouvé que c’était vraiment ça. Il n’y a aucun autre endroit sur Terre où on trouve 80 % de poussières extraterrestres par rapport aux poussières terrestres. Dans des régions comme les nôtres, ce serait un grain extraterrestre pour des milliards de grains terrestres », souligne le chercheur, qui a également fait des prélèvements au Groenland.

« Le Groenland est aussi un endroit intéressant pour récolter des poussières extraterrestres, par contre, c’est moins isolé, notamment de toute la masse du Canada. L’autre chose est qu’il y a beaucoup plus de précipitations là-bas qu’en Antarctique : le taux de précipitations au Groenland est dix fois supérieur à celui de l’Antarctique », précise-t-il.

Situé à proximité de la station scientifique franco-italienne Concordia au cœur de l’Antarctique, Dôme C est « un très grand désert blanc, vierge, très sec, où il ne neige quasiment jamais. Il y tombe l’équivalent de trois centimètres d’eau par an. Pour nous qui nous intéressons aux poussières extraterrestres, c’est un site fabuleux parce que la poussière extraterrestre y est donc beaucoup plus concentrée qu’au centre du Groenland. Si on fait fondre un mètre cube de neige en Antarctique, au Groenland, pour obtenir le même nombre de poussières extraterrestres, il faudrait qu’on fasse fondre 10 mètres cubes de neige, parce qu’il y est tombé dix fois plus de neige », ajoute ce scientifique de l’Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (CNRS/Museum national d’histoire naturelle/Sorbonne Université).

Bien équipés pour ne pas introduire de poussières terrestres sur le site de la récolte, les chercheurs ont découpé des blocs de neige à 50 cm sous la surface. Puis, ils ont apporté ces blocs à la station, où ils les ont fait fondre. Ils ont ensuite filtré l’eau afin de recueillir les poussières, puis ont asséché les filtres qu’ils ont finalement emballés pour leur transport vers le laboratoire situé en France.

« En soi, c’est assez simple, mais la grosse difficulté, c’est qu’il faut extraire beaucoup de neige parce qu’il n’y a pas beaucoup de poussières, et qu’il faut le faire de façon extrêmement propre », explique M. Duprat.

« La neige que l’on prend est assez jeune, elle nous permet de faire une mesure du flux récent de micrométéorites, ajoute le doctorant Julien Rojas. C’est une mesure qui est moyennée sur quelques dizaines d’années, alors que, si vous regardez dans des sédiments marins qui se sont accumulés pendant des dizaines de milliers d’années, vous avez un flux moyenné sur 50 000 ans, par exemple, qui est beaucoup moins précis temporellement. »

Remonter le fil du voyage

Une fois de retour en France, les particules retenues par les filtres qui mesuraient entre 30 et 200 microns (10-6 mètre) ont été analysées à l’aide d’un microscope électronique. En révélant l’aspect visuel des particules et leur composition chimique, ce microscope a permis de s’assurer qu’il s’agissait bien de particules extraterrestres.

Photo: J. Duprat/C.Engrand, CNRS Une sphérule cosmique

L’aspect visuel des grains de poussière permet de distinguer deux grands types de particules extraterrestres, explique le doctorant Julien Rojas. D’une part, des sphérules cosmiques qui sont des particules ayant fondu lors de leur entrée dans l’atmosphère et qui ont refroidi très vite, ce qui leur a donné la forme d’une bille. Et d’autre part, des particules qui n’ont pas fondu, mais qui sont généralement noires, parce qu’elles ont chauffé lors de leur entrée dans l’atmosphère.

La composition chimique des poussières a été déterminée quant à elle à partir du spectre de rayons X émis par celles-ci lorsqu’elles ont été soumises à un flux d’électrons. « La combinaison de certains éléments, tels que le magnésium, le silicium, l’aluminium et le fer, dans des proportions bien caractéristiques, nous a confirmé qu’il s’agissait bien de matière extraterrestre », souligne Julien Rojas.

Photo: L. Delauche/J. Duprat, CNRS Une micrométéorite

Les chercheurs ont alors pu inférer que 5200 tonnes de poussières extraterrestres atteignent le sol de notre planète chaque année, dont 1600 tonnes de micrométéorites et 3600 tonnes de sphérules cosmiques, précise-t-on dans l’article publié dans Earth & Planetary Science Letters qui décrit cette mesure la plus précise à ce jour.

« Ramené à la surface totale du globe, cela représente très peu, soit quelques dizaines de grains de poussière par mètre et par année. Par contre, c’est de très loin la source principale de matière extraterrestre qui tombe sur Terre, parce que les météorites de plus grande taille sont très rares. Il en tombe sur Terre de l’ordre de cinq à sept tonnes par an », précise M. Duprat.

Photo: L. Delauche/J. Duprat, CNRS Un autre type de micrométéorite

À l’aide de modèles de dérive de particules dans le système solaire qui simulent le voyage de celles-ci à partir du moment où elles se détachent de l’astéroïde ou de la comète, et ce, jusqu’à la Terre, en incluant leur entrée dans l’atmosphère, les trois derniers auteurs de l’article ont pu définir un peu mieux le flux de particules qui atteint la surface de la Terre. « En faisant le chemin inverse, soit en partant des particules qu’on a trouvées sur Terre [des données recueillies par l’équipe de M. Duprat], ils ont pu estimer que 80 % des grains provenaient de comètes [composées essentiellement de glaces et de poussières] et 20 %, d’astéroïdes [orbitant entre Mars et Jupiter] », explique Julien Rojas qui a fait l’analyse des données de la collection de poussières extraterrestres prélevées en Antarctique.

« Ce qui a le plus grand impact sur la présence de poussières cométaires ou astéroïdales sur Terre, c’est la vitesse de ces particules. Les particules cométaires arrivent dans le voisinage de la Terre avec une plus grande vitesse que les particules astéroïdales. Or, plus une particule va vite dans son entrée dans l’atmosphère, plus elle va brûler. La vitesse est donc beaucoup plus discriminante que la composition pour connaître l’origine des particules », précise le jeune chercheur.

Des indices sur l’origine de la vie

Une petite proportion de grains que les chercheurs ont étudiés se distinguaient toutefois par leur concentration très élevée en carbone et leur composition isotopique très caractéristique et riche en deutérium (un isotope d’hydrogène). « Le deutérium est présent en abondance dans la matière organique de ces particules et il s’agit d’un bon traceur de particules cométaires qui se sont formées dans des conditions particulières », souligne-t-il. « Ces particularités nous indiquent que ces particules viennent de la surface d’objets très lointains dans le système solaire, d’au-delà de Neptune », ajoute M. Duprat.

Toutes les poussières récoltées sont « des corps très primitifs et assez carbonés », résume le chercheur, qui s’intéresse à ces micrométéorites principalement parce qu’elles ont très peu changé depuis 4,5 milliards d’années. « Elles nous apportent des informations uniques sur la matière qui a formé le système solaire. Nous commençons à bien comprendre quel est l’apport des astéroïdes et des comètes, et à mieux connaître cette matière carbonée qui est apportée par les comètes », souligne-t-il.

« Cette matière carbonée d’origine abiotique est très intéressante pour comprendre comment la vie a émergé sur Terre, parce qu’au moment où notre planète s’est formée, elle recevait aussi cette matière carbonée des micrométéorites. Ce flux de micrométéorites qui tombe sur notre planète existe depuis le début de la formation de la Terre, et il était même beaucoup plus important à ce moment-là parce que le système solaire était alors beaucoup plus poussiéreux », explique le chercheur, avant d’ajouter que ces particules extraterrestres contiennent aussi de l’eau qui est piégée entre les feuillets de minéraux.

« Ces composés carbonés et l’eau apportés par les poussières extraterrestres sont deux ingrédients essentiels à la vie. Ils ont donc pu contribuer à l’émergence de celle-ci sur Terre. Mais on ne sait toujours pas comment ces briques se sont assemblées, comment la chimie du carbone s’est complexifiée jusqu’à aboutir à l’émergence de la vie », fait-il remarquer.

Quel impact peuvent avoir ces poussières extraterrestres sur notre planète?

« Les micrométéorites de 30 à 200 microns que nous avons observées n’ont pas d’impact sur les conditions environnementales. Par contre, celles qui se sont vaporisées à leur entrée dans l’atmosphère peuvent influer sur les dynamiques atmosphériques, car elles introduisent certains éléments dans l’atmosphère », affirme Julien Rojas.

De plus, les micrométéorites enrichissent la Terre de certains éléments précieux, comme l’or, le nickel, le fer et les éléments du groupe du platine. « Ces éléments existent sur Terre, mais au moment où la Terre se formait et se différenciait en un noyau, un manteau et une croûte, ces éléments lourds sont partis au centre pour aller former le noyau. Tous les gros corps se différencient ainsi. C’est ce qui explique que la surface de la Terre est pauvre en ces éléments, contrairement aux poussières extraterrestres qui viennent de petits corps, comme des astéroïdes et des comètes, qui ne se sont pas différenciés », explique le cosmochimiste Jean Duprat.