ALS - Magazine 1 - Décembre 2009

28 / ALS Mag Article > Système solaire L’évolution planétaire précoce est un thème commun à beaucoup de travaux réalisés dans la fédération EST et qui associe l’étude des météorites à celle des échantillons terrestres anciens. Ce thème regroupe des études sur la différentiation des planétésimaux et de la Terre, l’histoire géologique de la Terre à l’Hadéen (entre 4,5 et 3,8 milliards d’années) et au Précambrien (entre 3,5 et 0,6 millions d’années), la reconstruction des paléoclimats au Précambrien, l’origine de la matière carbonée et des composés organiques d’intérêt prébiotique à l’Archéen (entre 3,8 et 2,5 millions d’années). L’Hadéen est étymologiquement la période des «enfers» durant laquelle la Terre passe par un stade d’océan magmatique où la température de surface est supérieure à 1200°C, c’est à dire est recouverte sur toute sa surface d’une couche de plusieurs dizaines de kilomètres d’épaisseur de silicates fondus. Aucune roche à proprement parler ne subsiste de cette époque, mais des traces sont visibles dans la composition chimique et isotopique du manteau. La fin de l’Hadéen est marquée par le grand bombardement tardif pendant lequel la Terre et la Lune sont bombardées par un flux intense de petits corps (astéroïdes, noyaux cométaires). Si la tectonique des plaques a effacé toutes traces de ce grand bombardement tardif sur Terre, ce n’est pas le cas de la Lune où la cratérisation de la surface est toujours visible. Il est probable, même si cela est très discuté, qu’aucune forme de vie n’ait pu survivre au grand bombardement tardif. A partir de 3,8 milliards d’années (Fig 1) les continents tels qu’on les connaît aujourd’hui commencent à se former et l’histoire géologique, à laquelle on peut avoir accès par des échantillons de roches, commence. A partir du moment où de l’eau liquide stable a été présente à la surface de la Terre, et certains arguments isotopiques plaident en faveur de la présence d’eau liquide dès 4,3 milliards d’années, des systèmes hydrothermaux analogues aux systèmes sous marins observés aujourd’hui aux rides médio-océaniques ont du s’établir. Ces environnements sont des endroits possibles pour l’origine de la vie. Les progrès considérables, réalisés en géochimie théorique dans l’obtention de données thermodynamiques pour des composés organiques d’intérêt prébiotique ainsi que pour les biomolécules, permettent de définir les domaines de stabilité de ces composés organiques en fonction de la température, de la pression, du pH des fluides hydrothermaux et des conditions d’oxydoréduction. Les calculs thermodynamiques peuvent servir de guide pour des études expérimentales dont le but est d’évaluer les possibilités de synthèse à partir des constituants inorganiques des fluides hydrothermaux (CO 2 , N 2 , H 2 ) de composés d’intérêt prébiotique tels que l’acide cyanhydrique (HCN) ou le formaldéhyde (HCHO). Ces composés sont les précurseurs respectifs des bases azotées (adénine, guanine, cytosine, uracile, thymidine) et des sucres (ribose), eux-mêmes constituants des acides nucléiques. Leur étude peut apporter des informations sur les conditions dans lesquelles les premières molécules organiques ont pu être formées et stabilisées sur la Terre primitive, ainsi que sur le rôle joué par les phases minérales (saponites, serpentines, brucite …) dans l’élaboration des premières biomolécules. La Terre a connu dans son histoire archéenne des changements climatiques de grande ampleur et un des grands paradoxes de son histoire climatique est celui du «Soleil faible». Du fait du déroulement des réactions de fusion d’hydrogène dans le coeur du Soleil, sa luminosité a augmenté de 25 à 30% depuis 4,5 milliards d’années de sorte que, avec une composition atmosphérique similaire à l’actuel, la Terre aurait dû être totalement gelée durant l’archéen. Evolution planétaire précoce Fig 1 : Vue d’artiste de la Terre il y a 3,8 milliards d’années. Les premiers continents commencent à se former, la Lune est plus près de la Terre qu’aujourd’hui, l’atmosphère a une composition et une couleur très différentes d’aujourd’hui (elle ne contient pas d’oxygène), les impacts de météorites sont plus fréquents qu’aujourd’hui. C’est dans ces conditions que la vie aurait démarré sur Terre. Crédit : MNHN-CRPG Fig 2 : Photo d’un silex stromatolithique archéen (âge 3,2 milliards d’années). Cette roche est comprise comme étant au départ un récif carbonaté fabriqué par des colonies d’algues bleues. Ces carbonates ont ensuite été silicifiés pour être transformés en silex. Ces silex sont les roches sédimentaires anciennes terrestres les mieux préservées. Leurs compositions isotopiques (O, Si) peuvent permettre de remonter par exemple à la température de l’eau de mer dans laquelle ils se sont formés. Crédit: F. Robert MNHN Fig 3 : Variations de température des océans reconstituées à partir des variations de composition isotopique de l’oxygène (notée δ 18 O) et du silicium (notée δ 30 Si) mesurées dans les silex Précambriens. La manière la plus simple de comprendre ces variations de composition isotopique est que la température des océans ait changé d’environ 50°C au cours du Précambrien. Crédit: M. Chaussidon CRPG Fig 1 Fig 2 Fig 3