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Pourquoi y a-t-il de l’eau sur Terre?

Cet article a été initialement publié sur La conversation. La publication a contribué à l’article à 45secondes.fr’s Voix d’experts: Op-Ed & Insights.

Laurette Piani, Cosmochimiste, chargée de recherche CNRS au Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques (CRPG) de Nancy, CNRS, Université de Lorraine

Guillaume Paris, Géochimiste, chargé de recherche CNRS au Centre de recherches pétrographiques et géochimiques de Nancy, Université de Lorraine

L’eau est essentielle à la vie telle que nous la connaissons et il semble tout à fait normal d’avoir de l’eau tout autour de nous. Pourtant, la Terre est la seule planète connue à être couverte par les océans. Savons-nous exactement d’où provient son eau?

Ce n’est pas une question simple: on a longtemps pensé que la Terre se formait à sec – sans eau, en raison de sa proximité avec le Soleil et des températures élevées lors de la formation du système solaire. Dans ce modèle, l’eau aurait pu être amenée sur Terre par des comètes ou des astéroïdes entrant en collision avec la Terre. Une origine aussi complexe de l’eau signifierait probablement que notre planète est unique dans l’univers.

Cependant, dans une étude de 2020, nous avons montré que l’eau – ou du moins ses composants, l’hydrogène et l’oxygène – pouvait être présente dans les roches qui formaient initialement la Terre. S’il en est bien ainsi, d’autres «planètes bleues» avec de l’eau liquide sont plus susceptibles d’exister ailleurs.

L’eau sur Terre, l’eau à l’intérieur de la Terre

Toutes les eaux de surface de la Terre sont contenues dans une sphère de 1 300 km de diamètre, c'est-à-dire de la taille de l'Allemagne du nord au sud.

(Crédit d’image: Howard Perlman, USGS; Jack Cook, Woods Hole Oceanographic Institution; Adam Nieman, auteur fourni (pas de réutilisation))

L’eau liquide couvre plus de 70% de la surface de la Terre, dont environ 95,6% dans les océans et les mers, et les 4% restants dans les glaciers, les calottes glaciaires, les eaux souterraines, les lacs, les rivières, l’humidité du sol et l’atmosphère.

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Mais la majeure partie de l’eau de la Terre est profondément souterraine: entre une et dix fois le volume des océans est contenu dans le manteau.

A la surface de la Terre, «eau» signifie deux hydrogènes pour chaque oxygène (H20), alors que ce que nous appelons «eau» dans le manteau correspond à l’hydrogène incorporé dans les minéraux, les magmas et les fluides. Cet hydrogène peut se lier à l’oxygène environnant pour former de l’eau aux conditions de température et de pression appropriées.

Si l’eau représente moins de 0,5% de la masse de la Terre, elle est essentielle à l’évolution de la planète elle-même et à la vie à sa surface.

Au début du système solaire, il y avait beaucoup d’hydrogène, principalement sous forme de gaz dihydrogène (H2), ou lié à des atomes d’oxygène pour former de l’eau (H2O). Cependant, la Terre et les autres planètes rocheuses (Mercure, Vénus et Mars) se sont formées près du soleil, où il faisait trop chaud pour que l’eau s’intègre dans la roche sous forme de glace: elle se serait simplement évaporée. Alors pourquoi la Terre a-t-elle maintenant autant d’eau, à la fois dans son manteau et à sa surface?

Le système solaire a commencé comme un nuage de gaz et de poussière, à partir duquel les planètes et les corps planétaires se sont formés par l'agglomération de poussière.  Aux basses pressions du milieu interplanétaire, l'incorporation d'eau dans les corps planétaires dépend de la température environnante: au-dessus de -184 degrés Fahrenheit, l'eau est sous sa forme vapeur et ne s'agglomère pas avec d'autres solides.

Le système solaire a commencé comme un nuage de gaz et de poussière, à partir duquel les planètes et les corps planétaires se sont formés par l’agglomération de poussière. Aux basses pressions du milieu interplanétaire, l’incorporation d’eau dans les corps planétaires dépend de la température environnante: au-dessus de moins 184 degrés Fahrenheit, l’eau est sous sa forme vapeur et ne s’agglomère pas avec d’autres solides. (Crédit d’image: Laurette Piani)

L’hypothèse la plus répandue: l’hydrogène livré à la Terre par des astéroïdes hydratés

Certaines météorites, appelées chondrites, proviennent de petits astéroïdes qui, contrairement aux planètes, n’ont pas évolué géologiquement depuis leur formation. Ce sont de bons témoins des premiers millions d’années du système solaire.

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Les chondrites carbonées, par exemple, se sont formées assez loin du Soleil pour contenir initialement de la glace d’eau (qui a depuis été incorporée dans des minéraux hydratés par altération hydrothermale). Par contraste, les chondrites ordinaires et enstatites se sont formées plus près du soleil où l’eau était gazeuse et était incorporée en grande quantité dans les roches: comme les planètes rocheuses, les chondrites ordinaires et enstatites sont considérées comme «sèches».

La météorite Murchison, une chondrite carbonée contenant des minéraux hydratés et des composants organiques qui s'est formée dans la partie externe du système solaire (0,46 g).  À droite: la météorite Sahara 97096, une chondrite enstatite sans minéraux hydratés qui s'est formée dans la partie interne du système solaire (70 g).

La météorite Murchison, une chondrite carbonée contenant des minéraux hydratés et des composants organiques qui s’est formée dans la partie externe du système solaire (0,46 g). À droite: la météorite Sahara 97096, une chondrite enstatite sans minéraux hydratés qui s’est formée dans la partie interne du système solaire (70 g). (Crédit d’image: sur Taylor / Flickr, et Laurette Piani et Christine Fieni / MNHN, CC BY-SA)

Jusqu’à présent, l’hypothèse acceptée était que la Terre se formait à partir de matériaux secs et que son eau était fournie par des corps célestes qui se formaient plus loin du soleil: des météorites hydratées, telles que des chondrites carbonées, ou des comètes – bien que cette dernière hypothèse ait été récemment contrecarrée par le Sonde spatiale ESA Rosetta.

Une autre origine pour l’eau de la Terre?

Notre étude raconte une autre histoire. Nous avons analysé l’hydrogène dans les chondrites enstatite. Rappelez-vous que ce sont parmi nos meilleurs analogues pour les roches qui ont formé la Terre, donc les concentrations d’hydrogène dans ces roches «sèches» suggèrent la présence possible d’eau pendant la formation de la Terre.

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Nous avons comparé la composition de la Terre et celle des chondrites enstatites en regardant les quantités de différents isotopes (atomes du même élément mais contenant des nombres de neutrons différents). Nous constatons que, bien que les chondrites enstatite ne contiennent pas de minéraux hydratés, elles contiennent de petites quantités d’hydrogène avec un rapport isotopique compatible avec celui de la Terre. On pense que l’hydrogène était présent à l’état de traces (<0,1%) dans les minéraux et les composés organiques qui se sont agglomérés pour former des chondrites d'enstatite, expliquant d'où provient la majeure partie de l'eau contenue dans le manteau terrestre et dans une partie des océans. La majorité de l'eau de la Terre (plus précisément ses éléments, l'hydrogène et l'oxygène) peut donc avoir été présente depuis le début.

Quelles sont les conséquences d’une origine locale de l’eau?

Cela ne nous dit pas quand les océans sont apparus à la surface de la Terre, mais nous savons maintenant que l’eau de la Terre n’a pas nécessairement été fournie par des corps hydratés qui se sont formés très loin du soleil. Cependant, on ne comprend pas encore sous quelle (s) forme (s) et par quel procédé l’hydrogène a été incorporé et stocké dans les roches du système solaire interne.

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La présence d’hydrogène dans les roches du système solaire interne est particulièrement importante car elle aurait pu être une source d’eau pour les autres planètes rocheuses (Mercure, Vénus et Mars). Des roches similaires pourraient alors représenter une source d’eau pour les planètes en orbite autour d’autres soleils, une condition pour développer la vie, du moins la vie telle que nous la connaissons.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lisez l’article original.

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