Planète très particulière du système solaire, la Terre accueille des profondeurs de son manteau aux confins de son atmosphère une ressource indispensable à la vie : l’eau. Mais comment l’eau a-t-elle pu apparaître sur ce qui était il y a quelques milliards d’années une sphère déserte et aride ?
Présente sur 72% de la surface de la planète, la Terre porte bien son nom de planète bleue vue du ciel. Et pourtant, ces espaces maritimes que l’on voit ne sont qu’une partie de l’eau présente sur Terre. De l’atmosphère à la structure interne de la Terre se trouve de l’eau sous toutes les formes, liquide, solide, gazeuse. Sa présence est si logique, si évidente, qu’on en oublie que la Terre était à sa naissance une planète sèche et aride, sans eau ni atmosphère. Alors, comment en est-on arrivé à posséder une planète si riche en eau quelques milliards d’années plus tard ?
La formation de la Terre
On doit la création du soleil à un amas de gaz et de poussières qui, il y a 4,5 milliards d’années, s’est effondré sur lui-même. Peu de temps après, les débris entourant la nouvelle étoile se sont entrechoqués, et se sont agglomérés sous l’effet de la gravitation , suivant le phénomène d’accrétion, afin de former des planétésimaux, d’immenses morceaux de matière qui se réuniront afin de former les planètes que nous connaissons du système solaire, Vénus, Mars, la Terre, Saturne…
Le système solaire est divisé en deux parties, séparées par une ceinture d’astéroïdes. Les planètes telluriques (Mercure, Mars, Vénus et la Terre) dont la surface est solide se trouvent au plus proche du soleil dans ce que l’on nomme le système solaire interne. Le système solaire externe est quant à lui composé des planètes gazeuses (Saturne, Jupiter, Uranus et Neptune).
Cette division dans la composition géo-chimique des planètes s’explique notamment par la distance au soleil. L’action combinée de la faible gravité des planètes telluriques, des vents solaires – un puissant flux de particules – et du rayonnement UV important du jeune soleil ont chassé les gaz dès les premiers jours des proto-planètes les plus proches, ce qui les a rendues plus petites, solides et arides que les planètes présentes en dehors de la ceinture d’astéroïdes.
Cette Terre désertique a pourtant un beau jour accueilli une des ressources primordiales à la vie sur Terre, l’eau. Mais les raisons exactes de son apparition restent encore très incertaines. Les scientifiques ont longtemps pensé que des corps humides et hydratés, des météorites, venant des confins de l’espace s’étaient écrasées sur la Terre et y avait amené cette fameuse ressource indispensable à la vie qu’est l’eau. Mais cette théorie est mise à mal depuis quelques années par des découvertes scientifiques majeures. Il est possible que depuis sa naissance, la Terre ait eu les ressources nécessaires à la formation de l’eau.
Quelle est l’origine de l’eau sur la Terre ?
Afin d’élucider ce mystère de l’eau, les chercheurs se sont penchés sur les différentes couches terrestres, véritables gardiennes de l’histoire de la Terre. En analysant le contexte de formation et la composition des roches, il est possible de remonter dans le temps jusqu’aux origines de notre système solaire. De nombreuses études se sont donc intéressées à la composition isotopique de l’hydrogène (H) qui constitue les molécules d’eau (H20 : 2 atomes d’hydrogène liés à un atome d’oxygène), présents dans les roches terrestres et les météorites. C’est-à-dire que les scientifiques ont réalisé une analyse complète de la composition et de la proportion des différents éléments chimiques présents dans ces roches.
Par l’étude de la composition de minéraux très proche des éléments constitutifs du noyau et du manteau terrestre de la Terre : les chondrites à enstatite, des roches qui se sont formées lors des 5 premiers millions d’années du système solaire et qui n’ont pas changé dans leur composition depuis, les chercheurs du CNRS, les cosmochimistes Laurette Piani et Yves Marrocchi ont découvert que la Terre possédait dès sa naissance tous les éléments nécessaires à la formation de l’eau.
Les résultats de l’étude, publiés dans la revue Science en 2020, révèlent ainsi que les gaz et poussières qui ont permis la création de la Terre auraient été assez chargés en hydrogène pour expliquer une bonne part de l’eau présente sur Terre. En contact avec les molécules d’oxygène terrestre, ce dihydrogène enfermé dans les roches a pu permettre la formation de molécule d’eau sur Terre.
Un constat qui a été complété en 2022 par la publication dans la revue Nature d’une nouvelle étude des chercheurs du Museum National d’Histoire Naturelle. Ils ont déterminé par l’analyse isotopique des roches les plus anciennes du système solaire que « dans le gaz dans lequel se sont formées les briques des planètes telluriques et notamment celles de la Terre, il y avait déjà une vapeur d’eau ayant la bonne composition isotopique pour expliquer l’origine de l’eau sur Terre », confirme ainsi Jérôme Aléon, spécialiste des météorites primitives et également auteur de l’étude, dans un article de The Conversation.
Quel scénario privilégier pour expliquer l’origine de l’eau sur Terre ?
Même s’il reste encore de nombreuses pièces à disposer afin de compléter le puzzle, le secret de l’eau sur Terre se révèle progressivement. Plus récemment en 2023, l’équipe de chercheurs emmenée par la pétrologiste et volcanologue, Megan E. Newcombe de l’Université du Maryland États-Unis a ajouté une nouvelle pièce en démontrant par l’analyse de fragments de météorites différenciées, les achondrites, ces corps provenant d’une planète ou d’un gros astéroïde fondu, que ce type de météorites avaient une teneur en eau particulièrement faible. Ils seraient en outre parmi les corps les plus secs de l’Univers.
Il n’en reste pas moins que l’hypothèse de l’arrivée de l’eau grâce à un corps étranger n’est pas écartée encore. Une partie de l’eau pourrait plutôt venir de chondrites, ou de météorites qui n’auraient pas fondues. Mais la même question reste : dans quelle proportion ? Laurette Piani et Yves Marrocchi propose ainsi dans leur publication une apparition hybride de l’eau sur Terre, venant autant d’un mécanisme interne à la Terre, grâce à la présence d’hydrogène et d’oxygène, qu’externe via des météorites.
Ces découvertes successives apportent chacune leur pierre à l’édifice dans la reconstruction de l’histoire du système solaire, de la Terre et des autres planètes. Car une planète évoluera différemment qu’elle ait dès sa naissance de l’eau ou non. Sur Terre, l’eau aura participé à modeler autant les couches terrestres les plus profondes de la Terre que les écosystèmes et les paysages que nous côtoyons. Ces avancées permettront d’avancer sur d’autres mystères tels que l’origine de la vie sur Terre, ou l’existence d’exoplanètes dans l’Univers.
Aléon, J., Lévy, et al. (2022). Determination of the initial hydrogen isotopic composition of the solar system. Nature Astronomy.
Aléon, J. (2022, avril 27). Quelle est l’origine de l’eau sur Terre ? The Conversation.
Izidoro, A., & Piani, L. (2022). Origin of Water in the Terrestrial Planets : Insights from Meteorite Data and Planet Formation Models. Elements.
Newcombe, M. E., et al. (2023). Degassing of early-formed planetesimals restricted water delivery to Earth. Nature.
Origine de l’eau sur terre (L’) | CNRS Images.
Image par Arek Socha de Pixabay
