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Le LHB, qu’est-ce que c’est?

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Superman, les cratères de la Lune, le Cratère Barringer dans l'Arizona sont autant d'images que l'on peut associer aux pierres tombées du ciel, tantôt météoroïdes (petites pierres qui tombent sans trop de dégâts) tantôt astéroïdes (objets du système Solaire dont la taille peut être supérieure à la centaine de kilomètres, dont la chute a des conséquences beaucoup plus importantes). Mais quels sont ces objets ? Combien en tombe-t-il sur Terre et est-ce que ce nombre a été constant au cours de l'évolution du Système Solaire ? De nombreux scientifiques cherchent la réponse à ces questions, que ce soit pour mieux comprendre la formation du Système Solaire ou mieux prévoir son futur. Avant tout, un petit rappel des données que l'on a, avant de parler des différentes manières que l'on a de les interpréter.

Actuellement, on estime que la Terre reçoit environ 100 tonnes de matière extraterrestre par jour. La plupart de celle-ci est constituée de poussière ou de micro-météorites mais il arrive parfois que les objets soient plus gros, ce qui n'a pas du tout les mêmes conséquences. On peut s'en convaincre quand on sait que le Cratère de Chicxulub (180 km de diamètre) correspond au cratère d'impact d'un astéroïde d'environ 10 km de diamètre, tombé sur Terre il y a environ 65 millions d'années et responsable de l'extinction des dinosaures. De tels impacts, s'ils ne sont pas communs, ne sont pas totalement improbables non plus, et on estime à 100 millions d'années l'intervalle moyen entre deux impacts sur Terre d'un tel astéroïde. Pour autant, cette probabilité a varié énormément au cours de l'histoire de la Terre, et le taux actuel n'est en rien comparable à celui à l'époque de la formation de la Terre.

En effet, la communauté scientique s'accorde à dire que la fin de la formation d'un système planétaire tel le système solaire est une période où ont lieu de nombreuses collisions entre des corps très massifs (typiquement des objets de la taille de la Lune à la taille de Mars). Ces impacts géants permettent la formation des planètes par la collision puis l'agglomération de toute une population de petits (et moins petits) corps. La Lune présente aussi des traces d'impacts. On peut estimer le nombre d'impacts géants s'étant produits lors de la formation du système solaire, et comme la Lune est dépourvue de volcanisme ou de tectonique des plaques, elle a conservé toute une histoire des impacts qu'elle a subis, nous permettant d'estimer le nombre et la taille des corps ayant bombardé cette dernière. De plus, grâce aux missions Apollo, on a pu dater les grands bassins d'impacts et ainsi découvrir, contrairement aux attentes, que ces derniers n'étaient pas plus vieux que 3.9 milliards d'années, c'est à dire 600 millions d'années plus jeunes que le Système Solaire.

On connaît donc deux taux d'impacts à deux âges différents : celui des bombardements s'étant produits lors de la formation du système solaire, et celui des bombardements ayant conduit aux traces d'impacts de la Lune. Il ne reste plus qu'à construire une ou plusieurs théories expliquant cela. Pour une revue détaillée des différentes théories existantes, se référer à [Hartmann et al., 2000].

1) Le modèle classique : décroissance continue

L'hypothèse la plus simple afin d'expliquer les deux taux d'impacts est de dire que le nombre d'impacts décroît en fonction de l'âge du système solaire [Hartmann, 1975]. À partir de ces deux points, on fait donc passer une exponentielle décroissante comme l'illustre la figure 1. Ainsi, l'âge des bassins lunaires est expliqué par le fait qu'avant 3.9 milliards d'années, le nombre d'impacts était suffisamment important pour effacer toute trace des impacts précédents en faisant fondre la croûte de la Lune.

Ce scénario sépare l'histoire de la Terre en deux ères géologiques, l'hadéen, avant -4 – -3.9 milliards d'années, où les conditions étaient cataclysmiques, et l'archéen, après 3.9 milliards d'années, où la vie aurait pu commencer à apparaître. Ce scénario est depuis des dizaines d'années celui qui est généralement accepté, il est notamment largement enseigné à l'école. Intéressons nous maintenant à un deuxième scénario, un peu différent.

2) Le modèle du pic et son soutien : le modèle de Nice

Et si les deux évènements étaient isolés ? Et si les deux taux d'impacts que l'on connaît n'avaient absolument rien à voir ? Dans ce cas là l'histoire du Système Solaire du point de vue du bombardement pourrait très bien ressembler au modèle décrit figure 2, appelé modèle du pic.

Seulement voilà, ce modèle du pic [Tera et al., 1973, 1974] argumente quant à la présence d'un pic de bombardement mais si les deux évènements sont isolés, qu'est-ce qui est à l'origine du bombardement tardif ou Late Heavy Bombardment (LHB) ? Ne pas arriver à expliquer cela est ce qui a empêché ce modèle de s'imposer face à son rival. M

ais cet état de choses est depuis quelques années remis en question avec l'apparition d'un nouveau modèle d'évolution du système solaire appelé le modèle de Nice [Gomes et al., 2005]. La grande force de ce modèle est d'expliquer l'origine du bombardement tardif. Celui-ci proviendrait d'une perturbation des orbites des planètes géantes. En effet, il est connu depuis très longtemps que les planètes géantes ont une grande influence sur la stabilité du système solaire tout entier et son évolution. Un changement brutal des orbites des planètes géantes aurait donc pu perturber les ceintures d'astéroïdes et de comètes et constituer un bombardement tardif en éjectant une grande partie de tous ces corps. Les ceintures actuelles ne seraient alors que les restes des ceintures primordiales.

En partant du principe que ce scénario est le vrai, on arrive à retrouver les caractéristiques des planètes géantes et les propriétés des ceintures actuelles. Afin de donner une idée de la violence du LHB, le modèle de Nice prédit que le plus gros objet impactant la Terre avait un diamètre compris entre 200 et 250 km (à comparer à l'impacteur à l'origine de l' extinction des dinosaures qui avait un diamètre d'environ 10 km). Cela peut paraître énorme (et cela l'est d'un certain côté) mais le modèle précédent implique des collisions avec des objets beaucoup plus gros que le plus gros objet prédit pour le modèle du pic. Dans le cadre de ce modèle, la séparation en hadéen et archéen par rapport au taux d'impacts n'a plus de raison d'être puisque les conditions du point de vue des impacts sont sensiblement les mêmes avant et après le pic. Le découpage des ères géologiques paraît alors totalement arbitraire et plus rien ne justifie des conditions plus cataclysmiques pour l'hadéen que pour l'archéen.

3) Conclusion

Jusqu'ici, le modèle de Nice s'est brillamment confronté aux observations puisqu'il est compatible avec un nombre non-négligeable de propriétés des corps de notre système. Cette nouvelle hypothèse, même si elle n'est pas encore unanimement acceptée constitue un scénario très intéressant de l'évolution du Système Solaire. Elle balaie nos vieilles croyances selon lesquelles avant 3.9 milliards d'années le Système Solaire (et la Terre en particulier) était une fournaise inhospitalière. Compte tenu de ce nouveau modèle, l'habitabilité de la Terre remonte désormais à -4.45 Ga (contre -4Ga pour le modèle classique).

Bien entendu, bien qu' « hospitalière », la Terre a quand même subi un épisode violent lors du LHB, mais cet épisode n'a sans doute pas été suffisant pour éradiquer toute vie terrestre. De plus, la séparation entre hadéen et archéen devient beaucoup plus difficile à faire dans le cadre d'un pic de bombardement vers -3.9Ga, et ces ères géologiques (ainsi que les conditions qui régnaient alors sur Terre), bien qu'encore largement enseignées n'ont plus aucun fondement scientifique.

Si un épisode similaire survenait sur la Terre actuelle, ce dernier éliminerait quasiment toute la vie telle qu'on la connaît. Ne subsisteraient que quelques espèces unicellulaires vivant dans un environnement profond et chaud peu affecté par les conséquences d'un impact majeur capable de vaporiser une large fraction des océans. Une fois le cataclysme passé, toute la vie devrait alors repartir de cette petite communauté de survivants constituant de fait un ancêtre commun à toutes les futures espèces. Ce scénario a des similitudes frappantes avec celui de l'histoire de la diversité de la vie sur Terre ainsi que l'idée, communément admise aujourd'hui, de l'existence d'un ancêtre commun à toutes les espèces actuelles. Pour autant, cette idée du goulot d'étranglement qu'a pu être le LHB pour la diversité de la vie a vu le jour dans la communauté des astrophysiciens et n'a pas encore, à ce jour, fait l'objet d'études poussées par la communauté des biologistes. Affaire à suivre donc.

Je remercie chaleureusement Marine Krzisch, Marianne Simon et Franck Selsis pour leurs remarques nombreuses et pertinentes, tant sur le style que sur le contenu.

>> Références :

Gomes et al. (2005) Origin of the cataclysmic Late Heavy Bombardment period of the terrestrial planets, Nature vol. 435 no. 7041 pp 466-469

Hartmann et al. (2000) The Time-Dependent Intense Bombardment of the Primordial Earth/Moon System, Origin of the Earth and Moon pp. 493-512, Editions Canup, R.~M., Righter, K., \& et al.

Hartmann et al. (1975) Lunar 'cataclysm': a misconception? Icarus vol. 24 no. 2 pp 181-187

Tera et al. (1973) A Lunar Cataclysm at -3.95 A and the Structure of the Lunar Crust, Lunar and Planetary Institute Science Conference Abstracts vol. 4 p.723

Tera et al. (1974) Isotopic evidence for a terminal lunar cataclysm, Earth and Planetary Science Letters vol.22 no.1 pp1-21

>> L'image à la une est tirée de Wikimedia commons.

>> Christophe Cossou est doctorant au laboratoire d'astrophysique de Bordeaux, il travaille sur la dynamique des systèmes planétaires. Son travail porte sur l'influence du disque de gaz sur la formation et l'évolution orbitale des planètes.

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