Origine de l'eau des astéroïdes carbonés

Quelle est l'origine de l'eau des océans terrestres et des molécules carbonées, ingrédients indispensables au développement de la vie sur Terre ? L'hypothèse souvent évoquée est celle d'un apport tardif, après les premières étapes de formation de la Terre, par des petits corps hydratés tels que des comètes ou des astéroïdes. Il n'existe pourtant pas de consensus sur la nature de ces corps hydratés et on connaît encore mal la répartition de l'eau et des composés organiques dans le système solaire lors de sa formation.


La composition de l'eau dans le système solaire au moment de la formation des planètes peut être sondée par l'étude des météorites primitives comme les chondrites carbonées. Ces chondrites proviennent d'astéroïdes riches en carbone, qui se sont formés à des températures assez basses pour que l'eau se trouve sous forme de glace et puisse être agglomérée avec les poussières solides. Une fois incorporée aux astéroïdes, la glace a fondu et a altéré les poussières qui l'entourent formant ainsi des minéraux hydratés (argiles) qui enregistrent la signature de la glace d'eau. En mesurant la composition des minéraux hydratés des chondrites, on peut ainsi remonter à la composition de la glace d'eau présente au moment de la formation des astéroïdes, dans les premiers millions d'années du système solaire.

Les météorites analysées

Dans cette étude, un type de météorites primitives a été sélectionné, les chondrites carbonées de type CM: elles sont parmi celles contenant le plus d'eau et sont similaires aux poussières micrométriques tombées sur la Terre tout au long de son histoire. Les scientifiques ont utilisé une sonde ionique de dernière génération à l'université d'Hokkaido au Japon pour analyser la composition isotopique de l'hydrogène dans les chondrites. L'élément hydrogène possède deux isotopes stables, H et D pour hydrogène et deutérium. Ces deux isotopes ont le même nombre de protons mais seul D possède un neutron, ce qui le rend deux fois plus lourd que H. Cette différence de masse explique un comportement légèrement différent pour H et D dans les processus géologiques et astrophysiques. Comme les minéraux hydratés des chondrites sont très finement mélangés à des composés carbonés contenant de l'hydrogène, il n'est pas possible de mesurer directement leur composition isotopique D/H.

Une approche innovante

Dans cette étude, les équipes ont mesuré en parallèle le rapport D/H et le rapport élémentaire carbone sur hydrogène (C/H). Comme les minéraux hydratés ne contiennent pas de carbone et que les composés carbonés sont enrichis en deutérium par rapport aux minéraux, les rapports D/H et C/H varient de façon couplée lorsque les proportions de minéraux hydratés et de composés carbonés changent. En mesurant ces rapports dans des zones des chondrites ayant des proportions différentes de composés carbonés et minéraux hydratés, on obtient une droite de mélange dont l'ordonnée à l'origine, pour C/H = 0, indique la composition isotopique D/H des minéraux hydratés

Résultats et implications pour le système solaire

Les résultats montrent que la composition isotopique D/H de la glace d'eau qui s'est trouvée sur les astéroïdes des chondrites de type CM est 1.5 fois plus faible que le D/H des océans terrestres. Ce faible D/H indique que l'eau s'est formée dans le système solaire interne à la différence de la glace d'eau de la comète 67P/ Churyumov-Gerasimenko visitée récemment par la sonde Rosetta (ESA). Parmi les six chondrites étudiées, la météorite Paris montre un comportement particulier. Paris est la chondrite de type CM qui contient le moins de minéraux hydratés avec des zones qui semblent avoir échappé à l'altération par la glace d'eau fondue. Dans ces zones, le rapport D/H des minéraux hydratés est plus élevé que dans les zones altérées et dans les autres chondrites CM.

Ces résultats indiquent que la chondrite Paris a conservé la signature de deux sources d'eau différentes: l'eau pauvre en D du système solaire interne et une eau riche en D, probablement formée plus loin dans le Système solaire. La présence de deux sources d'eau implique que des transferts de matière aient eu lieu dans le système solaire lors de la formation des astéroïdes.