Les m�t�orites

L'�tude des m�t�orites^[1] ressort des sciences de la min�ralogie (l'�tude des min�raux), de la p�trologie (l'�tude de l'origine de la formation et de la transformation des roches), de la p�trogen�se (l'�tude des processus de formation des roches) et de la plan�tologie (l'�tude des objets du syst�me solaire). Les m�t�orites int�ressent en particulier les g�ophysiciens, les g�ochimistes, les g�ologues, les min�ralogistes et les cosmochimistes. Cette pr�sentation nous donnera d'ailleurs l'occasion d'introduire quelques notions de g�ochimie, de min�ralogie et de cosmochimie.

Notons que si le dictionnaire Le Robert consid�re que le substantif "m�t�orite" appartient aux deux genres, le Larousse et toutes les sources scientifiques consid�rent que le mot est du genre f�minin, un usage que nous adopterons.

Vers 1958 ou 1959, dans le nord-ouest de l�U�l� en RDC, vers 22 h locale, longtemps apr�s le coucher du Soleil, alors que mon p�re pr�parait un barbecue � l�ext�rieur, il vit "comme la Lune tomber. Vraiment, la Lune tombait". Il reconnut imm�diatement la chute d'une m�t�orite et quelques instants plus tard il vit la ligne d'horizon nord s'embraser d'une grande lueur. Il ne per�ut aucun bruit, si bien que le ph�nom�ne lui parut plus �trange encore. Malgr� mes recherches dans la r�gion �quatoriale, dans le nord de la RDC et en R�publique Centreafricaine ainsi que dans les bases de donn�es, je n'ai trouv� aucune de trace de cet objet ni aucun compte rendu de cet �v�nement. La lueur � l'horizon sugg�re qu'il aurait percut� le sol. Mais il a peut �tre aussi explos� en vol et se volatisa dans les basses couches de l'atmosph�re. S'il percuta le sol, trouver des fragments ou un crat�re d'impact dans une r�gion foresti�re ou agricole qui s'�tend sur des centaines de kilom�tres revient � chercher une aiguille dans une botte de paille... Malheureusement cet �v�nement est perdu pour la science. Mais � tout hasard, si quelqu'un sait quelque chose sur cet �v�nement, � des moyens lidar pour sonder la r�gion, merci de me contacter car j'aimerais en savoir plus.

De tels �v�nements se produisent parfois dans nos r�gions et les forums de discussion ainsi que les m�dias s'en font de temps en temps l'�cho. Ainsi le 6 d�cembre 2001 un lecteur fran�ais postait ce message :

Analyse des sp�cimens m�t�oritiques

Extrait : "L'ann�e derni�re mon fils avec son grand-p�re ont vu tomber une m�t�orite pendant une partie de chasse. C'�tait le soir � la tomb�e de la nuit et ils sont retourn�s le lendemain sur les lieux. Ils ont trouv� une pierre noire qui �tait cass�e en plusieurs morceaux. Les morceaux r�unis p�sent environ 1 kg. O� peut-on faire expertiser cette pierre et que peut-on en faire ? Merci".

R�ponse : Contactez un centre sp�cialis� dans l'�tude des m�t�orites. On y reviendra en derni�re page.

La plupart des m�t�oro�des - des astres plus gros qu'une mol�cule mais plus petits qu'un ast�ro�de - ont �t� cr��s dans le syst�me solaire, dans un astre rocheux en cours de formation ayant parfois un noyau en fusion. Le plus souvent, au hasard des collisions cosmiques, un jour cet astre fut percut� par un autre corps et lib�ra des fragments de sa cro�te voire m�me du magma dans l'espace interplan�taire o� ils se sont refroidis et parfois cristallis�s.

Au fil des �ons, ces petits corps errants ont �t� perturb�s par les champs gravitationnels des plan�tes ou sont entr�s mutuellement en collision. Le g�ant Jupiter en particulier est � lui seul capable d'�jecter un ast�ro�de ou une com�te de son orbite autour du Soleil. Il alt�re si bien sa trajectoire qu'il finit par l'infl�chir au point de lui donner la forme d'une ellipse de courte p�riode. Plongeant jusqu'aux plan�tes telluriques, ces d�bris traversent un jour l'orbite de la Terre pour finir leur course dans un d�sert ou sur le capot d'une voiture !

Les plus grosses m�t�orites, pesant plusieurs centaines de tonnes, rentrent dans l�atmosph�re sur une trajectoire inclin�e � environ 45� et � plus de 30 km/s (> 100000 km/h) et ne s'y consument pas enti�rement. En l'espace d'une minute, le projectile percute violemment le sol en provoquant un immense crat�re (Meteor Crater) ou l��rection d�une cha�ne de montagnes (Gosses Bluff) par un effet similaire � celui qui se produit quand on lance un projectile dans de la boue. Si la m�t�orite est tr�s dense, elle peut �tre enfouie � plusieurs centaines de m�tres au centre du crat�re d�impact, mais si elle poreuse ou subit un freinage a�rodynamique tr�s important elle peut tout aussi bien exploser en milles fragments � quelques kilom�tres d'altitude et se disperser sur des centaines de kilom�tres alentour (par ex. Sikholite-Alin ou Tch�liabinsk) ou exploser dans l'atmosph�re en lib�rant toute son �nergie sous forme de chaleur (Tunguska, Lugo).

Pour une raison qui demeure encore myst�rieuse, la plupart des m�t�oro�des se brisent sous une pression dynamique inf�rieure � leur force de coh�sion interne. C'est ainsi que la m�t�orite de Peekskill qui tomba en 1992 pouvait r�sister � une force de pression de 30 MPa (300000 atmosph�res) mais elle se fragmenta sous une pression d'environ 0.7-1.0 MPa. M�me chose pour le bolide de Lugo qui explosa en haute altitude. Pourquoi, nul ne le sait vraiment, bien que l'on soup�onne que ces corps aient une structure interne assez fragile et poreuse, contenant probablement des cavit�s vides.

L'analyse de la structure de la m�t�orite, en particulier sa composition, les lithologies (diff�rentes roches), la taille et la forme des inclusions et autres grains, de ses fractures et de ses �ventuelles traces de chocs plus ou moins violents, rares ou multiples, apportent des renseignements sur la temp�rature et la pression qu'elle subit, l'intensit� des impacts �ventuels et d'en d�duire son origine et son �volution.

Voici � titre indicatif les effets associ�s � diff�rents pressions d'impacts sur de la roche :

Effets de la pression sur les roches
< 2 GPa	Fracture et fragmentation (brecciation) importante de la roche. En g�n�ral les br�ches d'impacts sont constitu�es de fragments de la roche cible et contiennent diff�rentes proportions de roche fondue et d'inclusions min�rales choqu�es.
2 - 30 GPa	Formation des c�nes de percussions (c�nes de choc) jusqu'� l'�chelle macroscopique g�n�r�s par la progression de l'onde de choc dans la roche. Ils ont une forme en �ventail dont la pointe est dirig�e vers le point d'impact.
8 - 25 GPa	Apparition de d�formations microscopiques laminaires (PDF) dans le quartz. Ces strates ne peuvent se produire que suite � un changement rapide de pression sup�rieur � 10000 atm.
26 - 40 GPa	Transformation de certains min�raux en phase amorphe sans fusion
36 - 60 GPa	Fusion partielle de certains min�raux
61 - 100 GPa	Fusion compl�te de tous les min�raux avec vaporisation partielle
> 100 GPa	Vaporisation compl�te de la roche
Rappel : 1 GPa = 10 millions d'atmosph�res ou HPa, sachant que 1 HPa = 1013.25 mb.

Indices des chocs de pression
S1	Aucun choc de pression ou < 5 GPa
S2	Choc de pression entre 5 - 9 GPa
S3	Choc de pression entre 10 - 19 GPa
S4	Choc de pression entre 20 - 34 GPa
S5	Choc de pression entre 35 - 54 GPa
S6	Choc de pression entre 55 - 75 GPa

Si la m�t�orite est suffisamment grande et massive pour ne pas se consumer totalement dans l'atmosph�re (une chondrite ou une sid�rite de plusieurs dizaines de m�tres), elle percutera le sol en cr�ant un gigantesque crat�re suivi d'une onde de choc et d'une boule de feu qui peuvent avoir des effets catastrophiques.

La plupart des crat�res d'impacts terrestres se sont produits voici plusieurs dizaines de milliers voire des centaines de millions d'ann�es et, pour les plus r�cents, l'humanit� n'en a pas toujours conserv� le souvenir. La plupart des impacts sont aussi pass�s inaper�us car soit ils sont recouverts depuis longtemps par la v�g�tation qui les camoufle soit ils sont tellement vastes qu'on ne les reconnait pas. Ils peuvent �galement �tre ensevelis sous le sable, noy�s dans un lac ou sous la mer.

Des crat�res ont �t� d�couverts sur les six continents et l'on d�nombre pr�s de 1600 impacts dont plus de 190 sont authentifi�s comme �tant d�origine extraterrestre. Plusieurs centaines d'autres formations le sont tr�s probablement, suite � la d�couverte de signatures chimiques et min�ralogiques typiques d�impacts � grande vitesse, mais aucune trace m�t�oritique n�a encore �t� trouv�e aupr�s des crat�res.

Nous verrons dans l'article listant les impacts m�t�oritiques terrestres confirm�s qu'il existe plusieurs m�thodes gr�ce auxquelles les scientifiques peuvent d�terminer l'origine des crat�res terrestres.

Le Meteor crater en Arizona. A l'�chelle de la Terre c'est un trou d'�pingle de 1.18 km de diam�tre et 170 m�tres de profondeur. A l'�chelle humaine, il est impressionnant. Il fut cr�� par l'impact d'une m�t�orite m�tallique (sid�rite IAB de Canyon Diablo) de 30 � 50 m de diam�tre qui percuta le sol � pr�s de 13 km/s il y a ~49000 ans. Elle lib�ra une �nergie d'environ 10 MT. Document de Marty Schultz. Cet astronome vous propose d'autres images du crat�re sur son site.

On peut �galement d�couvrir une m�t�orite isol�e, sans crat�re d'impact alentour ou totalement effac� par l'�rosion. C'est par exemple le cas des petits fragments qui peuvent tomber tout au long de la trajectoire de la chute d'un m�t�oro�de ou lorsqu'il explose en fragments m�t�oritiques qui tombent ensuite au sol, dans le d�sert, sur la neige ou la glace.

Ainsi que l'explique Randy L. Korotev de l'Universit� Washington � Saint Louis (WUSTL) et Jean Redelsperger sur son site All Meteorites, il existe plusieurs r�gions sur terre o� l'on trouve des concentrations de m�t�orites, y compris lunaires :

- l'ouest du Sahara (sud du Maroc, sud-ouest de l'Alg�rie, nord du Mali et nord de la Mauritanie) auxquel il faut ajouter le nord de l'Afrique (Egypte, Lybie, Tunisie, Niger, Soudan) avec 376 m�t�orites repr�sentant 744 kg (lire en anglais l'histoire de la ru�e vers ces m�t�orites)

- le d�sert d'Atacama au Chili entre Amigos et San Juan avec 10 m�t�orites/km² et pr�s de El M�dano avec 86 m�t�orites/km² (cf. J.Gattacceca et al., 2013)

- la p�ninsule Arabique (principalement le sultanat d'Oman) avec 78 m�t�orites repr�sentant 17.3 kg

- la r�gion de la cha�ne de Yamato dans l'Est Antarctique avec 25 m�t�orites/km², 44 m�t�orites repr�sentant 5.9 kg (cf. K.Yanai et H.Kojima, 1991; NASA/ANTMET).

En de rares occasions on a d�couvert des m�t�orites monumentales. Ainsi, perdue au milieu de la savane de Namibie, les chercheurs ont d�couvert au d�tour de leurs aventures la m�t�orite la plus lourde du monde, appel�e Hoba (2.95 m x 2.84 m x 1.5 m). A demi-enterr�e, elle p�se 66 tonnes ! On comprendra que les scientifiques aient pr�f�r� la laisser sur place. Depuis cette date, le site est devenu un lieu touristique.

En deuxi�me place vient la m�t�orite de Ahnighito, une masse de 200 tonnes de fer qui tomba il y a environ 10000 ans � l'ouest du Groenland, dont on r�cup�ra un fragment de 34 tonnes en 1818. Apr�s beaucoup de courage et de sueur pour la monter dans un navire qui manqua de couler sous son poids, l'Amiral Peary l'emporta aux Etats-Unis. Elle est aujourd�hui expos�e au Mus�e Am�ricain d'Histoire des Sciences de New York (AMNH).

L'Antarctique reste une mine d'or pour les passionn�s de m�t�orites o�, selon l'EOS, les scientifiques ont r�colt� environ 50000 sp�cimens (la NSF cite 45000 sp�cimens) depuis 1976 dont plus de 21000 fragments par les membres de l'ANSMET (Antartic Search Meteorites) du Centre Spatial Johnson (JSC) de la NASA, en particulier dans la cha�ne Transantarctique qui s'�tend sur 3200 km et s�pare l'Ouest de l'Est Antarctique (cf. cette carte topographique).

Selon des pr�dictions faites en 2022 � l'aide d'une IA par la glaciologue doctorante V�ronica Tollenaar de l'Universit� Libre de Bruxelles (ULB), quelque 600 sites restent � prospecter dans les montagnes proches des c�tes nord et est ainsi que dans la cha�ne Transantarctique (cf. cette carte). Les m�t�orites Antarctique repr�sentent 60% de toutes les m�t�orites r�colt�es. Mais ce v�ritable filon � ciel ouvert risque de dispara�tre.

Dans un article publi� dans la revue "Nature Climate Change" en 2024, l'�quipe du glaciologue Harry Zekollari de l'ULB, auteur principal avec V�ronica Tollenaar pr�cit�e, alerte la communaut� sur un effet inattendu du r�chauffement du climat. En raison de ce ph�nom�ne, la glace du continent Antarctique fond, ce qui fait dispara�tre les m�t�orites car au lieu d'�tre apparentes sur la glace blanche elles se retrouvent sur le sol rocailleux o� on ne les distingue plus des autres roches. Aujourd'hui les chercheurs en d�couvrent encore en masse mais ils en perdent d�j� plus qu'ils n'en r�coltent.

Sur base de simulations climatiques (les sc�narii dits SPP5-8.5 qu'utilise �galement le GIEC et qui remplacent les anciens sc�narii RPC), les chercheurs estiment qu'en raison du r�chauffement du climat, environ 10% des m�t�orites potentielles ont d�j� disparu. Entre 1 et 2% soit 5000 m�t�orites disparaissent chaque ann�e alors que les scientifiques en trouvent ~1000 par an. Si le r�chauffement moyen ne d�passe pas 2.7�C par rapport � l'�re pr�industrielle d'ici 2100 (cf. la conf�rence de Paris), entre 28 et 30% des m�t�orites Antarctique dispara�tront d'ici 2050. Mais ce pourcentage pourrait atteindre 55% et 76% dans un sc�nario � fortes �missions de GES si le r�chauffement atteint respectivement 4�C et 6�C en 2100. Ce serait litt�ralement une perte s�che pour la science.

[1] Cet article a �t� �crit en collaboration avec le Dr Carleton B. Moore, g�ophysicien et astrochimiste, professeur �m�rite, fondateur et ancien directeur du Center for Meteorites Studies de l'Universit� d'Arizona qui rassemble depuis 1961 l'une des plus grandes et des plus importantes collections de m�t�orites au monde (avec celle du British Museum parmi d'autres). Le Dr Moore a �crit plus de 200 articles universitaires (cf. aussi ResearchGate), sept livres et �dit� la revue "Meteoritics and Planetray Science" (MaPS) de la Meteoritical Society pendant 20 ans. Il fut choisi par la NASA pour analyser plus de 200 �chantillons de roches lunaires des missions Apollo 11-17 et encadra des �tudiants qui ont depuis d�velopp� le programme d'astrobiologie de la NASA. En 2000, l'UAI renomma l'ast�ro�de 5046 "Carletonmoore" en son honneur et en 2018 un nouveau min�ral (Ni₃Si) d�couvert dans une m�t�orite porte le nom de "carletonmoor�ite". Lors de sa retraite, en remerciement pour son inestimable contribution � nos connaissances des m�t�orites et de la gen�se du syst�me solaire, l'Universit� d'Arizona offrit au Dr Moore une roche lunaire, un type de roche qu'� l'�poque l'ASU ne poss�dait m�me pas dans ses collections.