Une étude publiée dans
Science Advances démontre, grâce à des expériences menées à très haute pression et haute température à l'institut de physique du globe de Paris (IPGP), que les éléments volatils — éléments clés pour l'habitabilité — ont été incorporés plus tôt qu'on ne le pensait, dès les premières étapes de la formation de la Terre.
Ces résultats remettent en question le scénario dominant selon lequel ces éléments auraient été majoritairement ajoutés après coup par un "apport tardif" (late veneer ) de météorites riches en volatils.
Formation de la Terre / @IPGP. La théorie de l'apport tardif remise en cause
Depuis plus de cinquante ans, le modèle dit du late veneer ("apport tardif") occupe une place centrale dans les théories de formation de la Terre. Selon cette hypothèse, lors de la différenciation initiale de la planète — lorsque le noyau métallique s'est séparé du manteau — les éléments ayant une affinité pour le fer auraient été presque entièrement entraînés vers le centre. Le manteau aurait donc été fortement appauvri en éléments volatils comme le soufre (S), le sélénium (Se) et le tellure (Te).
Pour expliquer leurs abondances actuelles, il aurait fallu un apport ultérieur de matériaux extraterrestres, notamment des météorites carbonées, venus enrichir la Terre après la formation de son noyau. Ces nouvelles expériences montrent que ce scénario doit être profondément réévalué.
Reproduire les conditions extrêmes de la Terre primitive
Pour tester directement cette hypothèse, les chercheurs ont reproduit en laboratoire les conditions extrêmes régnant lors de la formation du noyau terrestre, comparables à celles d'un océan magmatique profond.
Les expériences ont été réalisées à l'IPGP à l'aide d'une cellule à enclumes de diamant chauffée par laser. Les analyses nanométriques de la distribution des éléments entre métal et silicate ont été menées à l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) à Grenoble.
Ces résultats reposent désormais sur des mesures effectuées dans les conditions réellement pertinentes pour la formation du noyau, et non plus sur des estimations probabilistes dérivées d'expériences à plus basse pression et plus basse température qui étayaient jusqu'à présent l'hypothèse d'un apport tardif massif.
Une Terre riche en volatils dès sa croissance
Les résultats montrent que, dans ces conditions réalistes de formation du noyau, le soufre, le sélénium et le tellure sont moins fortement attirés vers le noyau que ne l'indiquaient les expériences menées à plus basse pression. Autrement dit, le manteau terrestre aurait pu conserver une fraction significative de ces éléments dès la différenciation initiale de la planète.
Les modèles issus de ces nouvelles données indiquent que l'apport tardif — s'il a existé — aurait été limité à environ 0,1 % de la masse de la Terre, soit quatre à cinq fois moins que les estimations classiques.
Ces résultats suggèrent donc que le budget en éléments volatils de la Terre — et potentiellement une part importante de son eau — s'est établi principalement au cours de l'accrétion initiale, pendant la croissance même de la planète, et non lors d'un épisode tardif majeur.
Implications pour l'origine de l'habitabilité
Cette révision du scénario d'accrétion terrestre modifie profondément notre compréhension de l'origine des éléments essentiels à la vie. Si les volatils ont été incorporés progressivement dès les premières étapes de formation planétaire, cela signifie que l'habitabilité d'une planète pourrait dépendre davantage de son histoire d'accrétion précoce que d'un événement tardif exceptionnel.
Les résultats ouvrent ainsi de nouvelles perspectives sur la formation des planètes telluriques et la distribution des éléments volatils dans le Système solaire.