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L’EAU AVANT LA TERRE

Près de la moitié de l’eau de la Terre serait plus vieille que le Soleil !

En étudiant l’origine de l’eau présente dans le Système solaire, des chercheurs viennent de conclure qu’elle se serait formée pour une large part avant la naissance du Soleil et de la Terre.

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L’eau qui se forme dans les vastes nébuleuses interstellaires pourrait survivre lors de leur effondrement et de la création des étoiles et de leurs planètes. Ainsi, jusqu’à près de la moitié de l’eau présente sur la Terre pourrait être plus ancienne que la Terre elle-même et que le Soleil.
Crédits : illustration de BILL SAXTON/NSF/AUI/NRAO

L’eau est partout dans le Système solaire. 

On la trouve sur la Terre bien sûr, mais également dans les roches, l’atmosphère ou à la surface des planètes et d’un grand nombre de leurs satellites, ainsi que dans les comètes et les astéroïdes. Des dépôts de glace observables au fond de certains cratères de Mercure jusqu’aux comètes, aux océans souterrains et aux croûtes de glace qui enveloppent des lunes de Jupiter et de Saturne, et probablement aussi la planète naine Pluton, de quelques dizaines de millions à plusieurs milliards de kilomètres du Soleil, l’eau, sous forme gazeuse, liquide ou solide, est omniprésente dans notre Système solaire. D’où vient cette eau qui, sur la Terre au moins, a favorisé l’émergence de la vie ? Etait-elle déjà présente dans la nébuleuse à partir de laquelle le Soleil et tous les autres corps qui orbitent autour de lui se sont formés, il y a près de 4,56 milliards d’années ? Ou bien, la molécule d’eau n’est-elle qu’un produit des réactions chimiques qui se sont déroulées dans le disque protoplanétaire au sein duquel se sont agrégés les corps du Système solaire après la formation de notre étoile ? Le premier scénario impliquerait que de grandes quantités de grains de glace seraient présentes dans le milieu interstellaire et, par extension, que tous les disques protoplanétaires en contiendraient en abondance, faisant de l’eau l’un des trésors les mieux partagés de l’Univers. Selon le second scénario, en revanche, la quantité d’eau disponible dans chaque disque protoplanétaire dépendrait fortement des conditions locales initiales et pourrait donc varier dramatiquement d’un système à l’autre.

Les astronomes détectent depuis longtemps de l’eau 

Dans les vastes nébuleuses qui s’effondrent et se condensent pour former des étoiles et (systématiquement ?) des planètes. Mais cette eau d’origine interstellaire n’est-elle pas détruite par le rayonnement intense des très jeunes étoiles avant de se reformer plus tard au sein des disques protoplanétaires ? Ilsedore Cleeves (université du Michigan, Etats-Unis) et ses collègues tentent de répondre à cette question fondamentale. Ils se sont pour cela intéressés au destin du deutérium, un isotope naturel de l’hydrogène (son noyau réunit un proton et un neutron) qui s’est formé dans l’Univers au moment de la nucléosynthèse primordiale, peu après le big bang. Dans l’Univers, on retrouve en moyenne 26 atomes de deutérium pour 1 million d’atomes d’hydrogène, mais la concentration de deutérium est près de 6 fois plus élevée dans l’eau présente sur la Terre et sur les autres corps du Système solaire qui ont été étudiés. D’après les scientifiques, cela signifie que, lorsque ces molécules d’eau se sont formées, la réaction créant une eau plus riche en deutérium était un peu plus rapide que celle créant de l’eau normale, ce qui a augmenté la proportion de deutérium. Mais cet enrichissement en deutérium ne peut se produire que dans certaines conditions extrêmes : il faut que la température soit très basse, au maximum quelques dizaines de degrés au-dessus du zéro absolu, il faut que de l’oxygène soit disponible et il faut une intense source d’énergie ionisante. Ce sont typiquement des conditions que l’on trouve dans le milieu interstellaire, dans lequel le rayonnement cosmique, ce flux de particules qui se déplacent à des vitesses proches de celle de la lumière, peut procurer l’énergie nécessaire. Justement, les astronomes ont déjà observé des nuages moléculaires interstellaires dans lesquels ils ont détecté de l’eau fortement enrichie en deutérium ; cela pourrait donc expliquer l’origine de la concentration du deutérium dans l’eau du Système solaire.

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L’eau des océans terrestres pourrait provenir pour près de la moitié de la nébuleuse interstellaire qui a donné naissance au Soleil et aux corps qui tournent autour de lui.
© Carnegie Science/MATTHEW SCOTT

Le point le plus important 

Comprendre si cette eau d’origine interstellaire peut résister aux conditions extrêmement violentes qui règnent dans une nébuleuse qui se condense pour former une étoile. Pour répondre à cette question, Ilsedore Cleeves et ses collègues ont inversé le problème. Ils ont postulé que toute l’eau de la nébuleuse primitive avait été éliminée et ils ont tenté de déterminer si des réactions permettant la formation d’eau avec un enrichissement en deutérium avaient pu se produire après la formation du Soleil au sein du disque protoplanétaire. Théoriquement, un tel disque pouvait effectivement offrir des conditions favorables, avec des zones à une température très basse et de l’oxygène, mais les radiations ionisantes du jeune Soleil étaient-elles suffisantes ? Ils ont donc développé le modèle le plus précis possible des processus chimiques pouvant créer de l’eau dans le disque protoplanétaire. L’essentiel du rayonnement cosmique étant repoussé par le puissant champ magnétique du Soleil et par son intense vent de particules, ils ont fait l’hypothèse que le rayonnement X provenant de notre étoile et des radionucléides naturels présents dans le disque pourrait le remplacer. Au final, même en faisant tourner leur modèle durant un million d’années, ce qui correspond sensiblement à la durée supposée de la formation des planètes, les sources locales de rayonnement sont apparemment insuffisantes pour créer la quantité d’eau enrichie en deutérium qui est mesurée aujourd’hui.

L’eau du Système solaire 

Proviendrait donc pour une large part, jusqu'à 30 % à 50 % d’après les auteurs, de la nébuleuse interstellaire primitive qui s’est condensée il y a plus de 4,6 milliards d'années. Les conditions qui règnent dans le milieu interstellaire étant beaucoup plus uniformes et pérennes que celles qui prévalent dans les disques protoplanétaires, de l’eau pourrait donc y être créée en abondance avec le temps et elle se retrouverait alors dans tous les systèmes stellaires qui se formeraient. Et plus il y a de systèmes planétaires riches en eau, plus les chances augmentent de trouver un environnement qui permette sa présence sous forme liquide à la surface d’une planète ou d'une lune ; voilà une très bonne nouvelle pour les exobiologistes et autres chasseurs de vie extraterrestre. D’autant plus que ce qui est valable pour l’eau pourrait l’être également pour les molécules organiques que l'on détecte dans les nébuleuses et qui pourraient se retrouver dans d’innombrables environnements planétaires !

Le meilleur millésime l’eau...


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