L’origine de l’eau des océans expliquée par une nouvelle théorie

L'origine de l'eau de l'Océan de la Terre est débattue depuis des décennies. Elle viendrait essentiellement des astéroïdes mais un nouveau scénario fait maintenant intervenir aussi l'hydrogène du gaz du disque protoplanétaire où sont nées les planètes.

L'eau sur Terre est intimement liée à l'origine de la Vie et à sa perpétuation sous des formes complexes. On retrouve cette importance dans toutes les cosmogonies, ce qui souligne bien à quel point expliquer sa présence sur notre Planète bleue, fascine l'esprit humain. Certains, comme Arthur Clarke, ont même proposé de la rebaptiser « planète Océan ».

Astrophysiciens et cosmochimistes tentent d'élucider cette énigme depuis plus de 50 ans et l'on peut dire que l'on est effectivement passé du mythe à la science, bien que sa solution finale nous échappe encore partiellement. Deux grandes classes d'hypothèses ont été proposées et, périodiquement, l'une prend le dessus sur l'autre sans que le débat ne soit clos.

Il y a d'abord l'hypothèse qui attribue un stock d'eau originel à la Terre lors de sa formation. Stock qui se trouverait dans son manteau qui aurait largement dégazé lorsque l'activité volcanique de la planète était bien plus importante qu'aujourd'hui, il y a plus de 4 milliards d'années à l'Hadéen. On constate bien, de fait, que les gaz des volcans contiennent beaucoup de vapeur d'eau mais il pourrait s'agir de contamination ultérieure par l'eau de la Terre.

Il y a ensuite l'hypothèse d'une origine extraterrestre, un apport en eau par un bombardement de comètes ou/et d'astéroïdes riches en eau, voire par le flux des micrométéorites. Ce qui peut favoriser cette hypothèse, c'est qu'il semble bien établi maintenant qu'un océan de magma a existé à la surface de la Terre à ses débuts, à cause notamment de son choc avec Théia, la petite planète de la taille de Mars qui expliquerait la formation de la Lune. La Terre aurait donc perdu son stock d'eau initial, qui aurait été renouvelé plus tard.

Bien évidemment, on peut faire remarquer que ces deux hypothèses ne sont pas vraiment indépendantes puisque la Terre provient de l'accrétion de corps rocheux et aussi sans doute de comètes. De fait, l'origine de l'eau est dans les deux cas extraterrestre et remonte aux conditions de formation des corps du Système solaire dans le disque protoplanétaire initial.

Le Système solaire est un laboratoire pour étudier la formation des planètes géantes et l'origine de la Vie que l'on peut utiliser conjointement avec le reste de l'Univers, observable dans le même but. MOJO : Modeling the Origin of JOvian planets, c'est-à-dire modélisation de l'origine des planètes joviennes, est un projet de recherche qui a donné lieu à une série de vidéos présentant la théorie de l'origine du Système solaire et en particulier des géantes gazeuses par deux spécialistes réputés, Alessandro Morbidelli et Sean Raymond. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français » © Laurence Honnorat

Une équipe de chercheurs états-uniens de l'Arizona State University (ASU) vient de publier un article dans Journal of Geophysical Research. Cet article renouvelle de façon intéressante le débat en reprenant un outil déjà utilisé pour tenter de savoir si l'eau des océans de la Terre venait des comètes ou des astéroïdes, à savoir des rapports d'abondance des isotopes de l'hydrogène. 

Le deutérium, une clé des archives de l'origine des océans

Il existe ainsi deux types d'eau, l'une, ordinaire, est faite d'atomes d'hydrogène H avec un seul proton pour noyau ; l'autre, dite lourde, est faite d'atomes de deutérium D, donc un noyau avec un proton et un neutron.

L'étude des météorites sur Terre - qui proviennent majoritairement de la ceinture principale d'astéroïdes - a permis d'établir qu'en moyenne, le rapport D/H était de l'ordre de 140 ppm alors que ce rapport, quand on l'a déterminé dans certaines comètes, était compris entre 150 et 300 ppm. Comme sur Terre il est d'environ 150 ppm, l'hypothèse cométaire est défavorisée, ou pour le moins, les comètes ne seraient pas, et de loin, la source principale de l'eau sur Terre.

Mais pour les cosmochimistes de l'ASU, on a oublié un peu vite que de l'eau se forme facilement en combinant dans certaines conditions de l'hydrogène et de l'oxygène. Or, de l'hydrogène, il y en avait d'énormes quantités dans le disque protoplanétaire riche en gaz et en poussière au cours des quelques millions d'années de son existence. Ils proposent donc un nouveau scénario en tenant compte des processus d'accrétion de la solubilité de l'hydrogène et de ses isotopes dans les corps en formation. Ce scénario permet de surmonter un verrou, à savoir que le rapport D/H dans le gaz du disque protoplanétaire devait être de 21 ppm environ seulement.

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