- Des roches très anciennes du Groenland, du Canada et d’Hawaï présentent un déficit inhabituel en potassium-40 qui pourrait indiquer qu’elles proviennent de la Terre avant la collision géante avec Théia.
- Cette anomalie isotopique du potassium, détectée à l’aide d’un spectromètre de masse, ne correspond pas aux signatures connues des météorites et suggère une composition antérieure à la formation de la Lune.
- Ces résultats soulèvent la question de savoir comment des fragments de la Terre primitive ont pu être préservés pendant des milliards d’années dans le manteau terrestre malgré le recyclage constant de la croûte.
Concrètement en France
- La France dispose de laboratoires de géochimie isotopique et de spectrométrie de masse, notamment au sein d’universités et d’organismes publics de recherche, qui participent régulièrement à ce type d’analyses de roches anciennes.
- Le sous-sol métropolitain ne compte pas de terrains aussi anciens que ceux du Groenland ou du Canada, mais les massifs anciens comme le Massif central ou l’Armorique intéressent les géologues pour d’autres raisons.
- Les collectivités françaises d’outre-mer, avec leurs îles volcaniques, offrent des terrains d’étude de roches issues du manteau profond, comparables par leur nature à celles d’Hawaï.
- À retenir : il s’agit d’une hypothèse issue d’une étude publiée, qui devra être confirmée par d’autres équipes avant d’être considérée comme acquise.
Les repères
- Des roches prélevées au Groenland, au Canada et à Hawaï contiendraient des fragments de la Terre primitive antérieurs à la formation de la Lune
- Une étude publiée le 14 octobre dans Nature Geoscience identifie une anomalie en potassium-40 dans ces roches, signature d’une composition antérieure à la collision géante
- Il y a environ 4,5 milliards d’années, un impact avec Théia aurait transformé la composition chimique de la Terre et contribué à la formation de la Lune
- Cette découverte constituerait une première preuve directe de la préservation de matériaux de la Terre primitive jusqu’à aujourd’hui
- il y a environ 4,5 milliards d’années : collision géante entre la Terre primitive et Théia, formant la Lune
- 14 octobre : publication de l’étude dans la revue Nature Geoscience
Des roches très anciennes prélevées au Groenland, au Canada et à Hawaï pourraient conserver une trace inattendue des débuts de notre planète.
Selon le média scientifique en ligne Live Science, une étude publiée le 14 octobre dans la revue Nature Geoscience avance que certains matériaux terrestres auraient échappé à la collision géante qui a participé à la formation de la Lune, il y a environ 4,5 milliards d’années.
Une empreinte chimique venue d’avant la Lune
La Terre que nous connaissons n’a pas toujours eu son apparence actuelle. À ses origines, elle était une planète en formation, faite de roches fondues, de poussières cosmiques et de matériaux apportés par de nombreux impacts. Les chercheurs désignent cette version très ancienne par l’expression de Terre primitive.
Après environ 100 millions d’années d’existence, cette jeune planète aurait subi un choc majeur avec Théia, un corps céleste dont la taille aurait été comparable à celle de Mars. L’impact aurait brassé l’intérieur de la Terre primitive et projeté une grande quantité de matière dans l’espace. Une partie de ces débris aurait ensuite formé la Lune.
Les analyses suggèrent que quelques fragments de la Terre antérieure à cette collision géante auraient traversé les bouleversements géologiques jusqu’à notre époque.
Cette hypothèse repose sur une signature isotopique du potassium détectée dans des roches très anciennes. Un isotope correspond à une version d’un même élément chimique : les atomes possèdent le même nombre de protons, mais pas le même nombre de neutrons. Le potassium existe naturellement sous trois formes principales : le potassium-39, le potassium-40 et le potassium-41.
Dans les roches terrestres habituelles, les isotopes potassium-39 et potassium-41 dominent. Le potassium-40 est présent en quantité bien plus faible. Or, les échantillons étudiés affichent un déficit inhabituel en potassium-40 par rapport à d’autres matériaux terrestres.
Des roches prélevées dans trois régions du globe
Pour mener leurs travaux, Nicole Nie et ses collègues ont analysé des roches venant du Groenland, du Canada et d’Hawaï. Ces lieux avaient déjà attiré l’attention en raison de signatures chimiques atypiques liées au ruthénium, un autre élément.
Les scientifiques ont réduit les roches en poudre, les ont dissoutes dans de l’acide, puis ont isolé le potassium. Ils ont ensuite mesuré la proportion des différents isotopes grâce à un spectromètre de masse, un instrument capable de distinguer des atomes selon leur masse.
- Les roches étudiées contiennent moins de potassium-40 que la plupart des roches terrestres.
- Cette anomalie ne correspond pas aux signatures connues des météorites étudiées jusqu’ici.
- Des simulations indiquent que la collision avec Théia aurait apporté beaucoup de potassium-40 à la Terre.
- Les échantillons pauvres en potassium-40 pourraient donc avoir conservé une composition plus ancienne.
Nicole Nie, professeure adjointe en sciences de la Terre et des planètes au Massachusetts Institute of Technology, estime que ces résultats pourraient constituer une première preuve directe. « C’est peut-être la première preuve directe que nous avons préservé des matériaux de la Terre primitive », a-t-elle déclaré dans un communiqué. Elle ajoute : « C’est étonnant, car nous nous attendrions à ce que cette signature très ancienne soit progressivement effacée par l’évolution de la Terre. »
Pourquoi Théia aurait changé la chimie de la planète
La collision qui a donné naissance à la Lune n’aurait pas seulement déplacé des masses de roche. Elle aurait profondément modifié la composition chimique de la Terre. Théia aurait livré de nouveaux matériaux, dont une part de potassium-40, et mélangé les couches profondes de la planète.
Philip Carter, spécialiste de la science planétaire computationnelle et astrophysicien à l’université de Bristol, au Royaume-Uni, n’a pas participé à l’étude. Il juge que l’explication la plus raisonnable est celle d’un matériau ayant survécu depuis avant l’impact. Selon lui, l’événement ayant formé la Lune reste le seul phénomène connu capable d’avoir autant augmenté la proportion de potassium-40 dans les roches terrestres.
Le signal repéré dans ces roches ne s’explique pas par un simple mélange de météorites primitives, selon les scientifiques interrogés par Live Science.
Martin Schiller, géochimiste à l’université de Copenhague au Danemark et extérieur à l’étude, considère aussi les résultats convaincants. Il souligne que la signature isotopique du potassium observée dans les roches anciennes ne peut pas être reproduite avec un mélange de météorites primitives.
Des témoins cachés dans le manteau terrestre
Cette découverte soulève une question fascinante : comment de tels matériaux ont-ils pu être préservés ? Depuis des milliards d’années, la Terre ne cesse de se transformer. Les mouvements des plaques entraînent le recyclage de la croûte vers les profondeurs. Le manteau, vaste couche rocheuse située sous la croûte terrestre, est lui aussi soumis à des circulations lentes et à un brassage continu.
Les chercheurs pensaient donc qu’aucun fragment intact de la Terre primitive ne pouvait subsister dans les roches modernes. Les résultats obtenus suggèrent au contraire que certaines zones du manteau ont pu conserver des compositions isolées du reste de la planète durant une très longue période.
Philip Carter estime qu’il pourrait exister davantage de ce matériau à la base du manteau. Les roches qui remontent vers la surface ne représenteraient alors que de petits échantillons d’un réservoir bien plus vaste et encore inaccessible.
Ce que cette recherche apporte en France
La question concerne l’ensemble de la recherche en sciences de la Terre, y compris en France : comprendre la formation de notre planète exige d’analyser les roches les plus anciennes et de comparer leurs compositions chimiques avec celles des météorites et des matériaux lunaires.
Les échantillons cités dans l’étude proviennent du Groenland, du Canada et d’Hawaï, non du territoire français. Leur intérêt dépasse pourtant ces régions. Ils servent de repères pour reconstituer les premières étapes de l’histoire terrestre, à une époque dont aucun paysage, océan ou être vivant n’a gardé de trace directe.
Le potassium, un indice discret mais précieux
Le potassium est particulièrement utile dans ce type de recherche, car ses isotopes portent la mémoire des matériaux dont ils proviennent. Leur proportion peut varier selon les conditions de formation, les apports venus de l’espace et les mélanges intervenus au fil du temps.
Un déficit en potassium-40 ne permet pas, à lui seul, de raconter toute l’histoire d’une roche. Associé aux simulations numériques et aux comparaisons avec les météorites connues, il devient un indice solide pour remonter vers une période antérieure à la naissance de la Lune.
Ces travaux pourraient orienter de nouvelles recherches vers d’autres roches profondes ou très anciennes. L’objectif sera de déterminer si les fragments identifiés sont des exceptions rarissimes ou les premiers témoins visibles d’une Terre primitive encore partiellement cachée sous nos pieds.
