Les météorites

L'étude des météorites^[1] ressort des sciences de la minéralogie (l'étude des minéraux), de la pétrologie (l'étude de l'origine de la formation et de la transformation des roches), de la pétrogenèse (l'étude des processus de formation des roches) et de la planétologie (l'étude des objets du système solaire). Les météorites intéressent en particulier les géophysiciens, les géochimistes, les géologues, les minéralogistes et les cosmochimistes. Cette présentation nous donnera d'ailleurs l'occasion d'introduire quelques notions de géochimie, de minéralogie et de cosmochimie.

Notons que si le dictionnaire Le Robert considère que le substantif "météorite" appartient aux deux genres, le Larousse et toutes les sources scientifiques considèrent que le mot est du genre féminin, un usage que nous adopterons.

Vers 1958 ou 1959, dans le nord-ouest de l’Uélé en RDC, vers 22 h locale, longtemps après le coucher du Soleil, alors que mon père préparait un barbecue à l’extérieur, il vit "comme la Lune tomber. Vraiment, la Lune tombait". Il reconnut immédiatement la chute d'une météorite et quelques instants plus tard il vit la ligne d'horizon nord s'embraser d'une grande lueur. Il ne perçut aucun bruit, si bien que le phénomène lui parut plus étrange encore. Malgré mes recherches dans la région équatoriale, dans le nord de la RDC et en République Centreafricaine ainsi que dans les bases de données, je n'ai trouvé aucune de trace de cet objet ni aucun compte rendu de cet évènement. La lueur à l'horizon suggère qu'il aurait percuté le sol. Mais il a peut être aussi explosé en vol et se volatisa dans les basses couches de l'atmosphère. S'il percuta le sol, trouver des fragments ou un cratère d'impact dans une région forestière ou agricole qui s'étend sur des centaines de kilomètres revient à chercher une aiguille dans une botte de paille... Malheureusement cet évènement est perdu pour la science. Mais à tout hasard, si quelqu'un sait quelque chose sur cet évènement, à des moyens lidar pour sonder la région, merci de me contacter car j'aimerais en savoir plus.

De tels évènements se produisent parfois dans nos régions et les forums de discussion ainsi que les médias s'en font de temps en temps l'écho. Ainsi le 6 décembre 2001 un lecteur français postait ce message :

Analyse des spécimens météoritiques

Extrait : "L'année dernière mon fils avec son grand-père ont vu tomber une météorite pendant une partie de chasse. C'était le soir à la tombée de la nuit et ils sont retournés le lendemain sur les lieux. Ils ont trouvé une pierre noire qui était cassée en plusieurs morceaux. Les morceaux réunis pèsent environ 1 kg. Où peut-on faire expertiser cette pierre et que peut-on en faire ? Merci".

Réponse : Contactez un centre spécialisé dans l'étude des météorites. On y reviendra en dernière page.

La plupart des météoroïdes - des astres plus gros qu'une molécule mais plus petits qu'un astéroïde - ont été créés dans le système 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 percuté par un autre corps et libéra des fragments de sa croûte voire même du magma dans l'espace interplanétaire où ils se sont refroidis et parfois cristallisés.

Au fil des éons, ces petits corps errants ont été perturbés par les champs gravitationnels des planètes ou sont entrés mutuellement en collision. Le géant Jupiter en particulier est à lui seul capable d'éjecter un astéroïde ou une comète de son orbite autour du Soleil. Il altère si bien sa trajectoire qu'il finit par l'infléchir au point de lui donner la forme d'une ellipse de courte période. Plongeant jusqu'aux planètes telluriques, ces débris traversent un jour l'orbite de la Terre pour finir leur course dans un désert ou sur le capot d'une voiture !

Les plus grosses météorites, pesant plusieurs centaines de tonnes, rentrent dans l’atmosphère sur une trajectoire inclinée à environ 45° et à plus de 30 km/s (> 100000 km/h) et ne s'y consument pas entièrement. En l'espace d'une minute, le projectile percute violemment le sol en provoquant un immense cratère (Meteor Crater) ou l’érection d’une chaîne de montagnes (Gosses Bluff) par un effet similaire à celui qui se produit quand on lance un projectile dans de la boue. Si la météorite est très dense, elle peut être enfouie à plusieurs centaines de mètres au centre du cratère d’impact, mais si elle poreuse ou subit un freinage aérodynamique très important elle peut tout aussi bien exploser en milles fragments à quelques kilomètres d'altitude et se disperser sur des centaines de kilomètres alentour (par ex. Sikholite-Alin ou Tchéliabinsk) ou exploser dans l'atmosphère en libérant toute son énergie sous forme de chaleur (Tunguska, Lugo).

Pour une raison qui demeure encore mystérieuse, la plupart des météoroïdes se brisent sous une pression dynamique inférieure à leur force de cohésion interne. C'est ainsi que la météorite de Peekskill qui tomba en 1992 pouvait résister à une force de pression de 30 MPa (300000 atmosphères) mais elle se fragmenta sous une pression d'environ 0.7-1.0 MPa. Même chose pour le bolide de Lugo qui explosa en haute altitude. Pourquoi, nul ne le sait vraiment, bien que l'on soupçonne que ces corps aient une structure interne assez fragile et poreuse, contenant probablement des cavités vides.

L'analyse de la structure de la météorite, en particulier sa composition, les lithologies (différentes roches), la taille et la forme des inclusions et autres grains, de ses fractures et de ses éventuelles traces de chocs plus ou moins violents, rares ou multiples, apportent des renseignements sur la température et la pression qu'elle subit, l'intensité des impacts éventuels et d'en déduire son origine et son évolution.

Voici à titre indicatif les effets associés à différents 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 général les brèches d'impacts sont constituées de fragments de la roche cible et contiennent différentes proportions de roche fondue et d'inclusions minérales choquées.
2 - 30 GPa	Formation des cônes de percussions (cônes de choc) jusqu'à l'échelle macroscopique générés par la progression de l'onde de choc dans la roche. Ils ont une forme en éventail dont la pointe est dirigée vers le point d'impact.
8 - 25 GPa	Apparition de déformations microscopiques laminaires (PDF) dans le quartz. Ces strates ne peuvent se produire que suite à un changement rapide de pression supérieur à 10000 atm.
26 - 40 GPa	Transformation de certains minéraux en phase amorphe sans fusion
36 - 60 GPa	Fusion partielle de certains minéraux
61 - 100 GPa	Fusion complète de tous les minéraux avec vaporisation partielle
> 100 GPa	Vaporisation complète de la roche
Rappel : 1 GPa = 10 millions d'atmosphères 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 météorite est suffisamment grande et massive pour ne pas se consumer totalement dans l'atmosphère (une chondrite ou une sidérite de plusieurs dizaines de mètres), elle percutera le sol en créant un gigantesque cratère suivi d'une onde de choc et d'une boule de feu qui peuvent avoir des effets catastrophiques.

La plupart des cratères d'impacts terrestres se sont produits voici plusieurs dizaines de milliers voire des centaines de millions d'années et, pour les plus récents, l'humanité n'en a pas toujours conservé le souvenir. La plupart des impacts sont aussi passés inaperçus car soit ils sont recouverts depuis longtemps par la végétation qui les camoufle soit ils sont tellement vastes qu'on ne les reconnait pas. Ils peuvent également être ensevelis sous le sable, noyés dans un lac ou sous la mer.

Des cratères ont été découverts sur les six continents et l'on dénombre près de 1600 impacts dont plus de 190 sont authentifiés comme étant d’origine extraterrestre. Plusieurs centaines d'autres formations le sont très probablement, suite à la découverte de signatures chimiques et minéralogiques typiques d’impacts à grande vitesse, mais aucune trace météoritique n’a encore été trouvée auprès des cratères.

Nous verrons dans l'article listant les impacts météoritiques terrestres confirmés qu'il existe plusieurs méthodes grâce auxquelles les scientifiques peuvent déterminer l'origine des cratères terrestres.

Le Meteor crater en Arizona. A l'échelle de la Terre c'est un trou d'épingle de 1.18 km de diamètre et 170 mètres de profondeur. A l'échelle humaine, il est impressionnant. Il fut créé par l'impact d'une météorite métallique (sidérite IAB de Canyon Diablo) de 30 à 50 m de diamètre qui percuta le sol à près de 13 km/s il y a ~49000 ans. Elle libéra une énergie d'environ 10 MT. Document de Marty Schultz. Cet astronome vous propose d'autres images du cratère sur son site.

On peut également découvrir une météorite isolée, sans cratère d'impact alentour ou totalement effacé par l'érosion. C'est par exemple le cas des petits fragments qui peuvent tomber tout au long de la trajectoire de la chute d'un météoroïde ou lorsqu'il explose en fragments météoritiques qui tombent ensuite au sol, dans le désert ou sur la neige, y compris en Antarctique où des scientifiques ont récolté plus de 42000 spécimens depuis 1976 dont plus de 21000 fragments par les membres de l'ANSMET.

Ainsi que l'explique Randy L. Korotev de l'Université Washington à Saint Louis (WUSTL) et Jean Redelsperger sur son site All Meteorites, il existe plusieurs régions sur terre où l'on trouve des concentrations de météorites, y compris lunaires :

- l'ouest du Sahara (sud du Maroc, sud-ouest de l'Algérie, nord du Mali et nord de la Mauritanie) auxquel il faut ajouter le nord de l'Afrique (Egypte, Lybie, Tunisie, Niger, Soudan) avec 376 météorites représentant 744 kg (lire en anglais l'histoire de la ruée vers ces météorites)

- le désert d'Atacama au Chili entre Amigos et San Juan avec 10 météorites/km² et près de El Médano avec 86 météorites/km² (cf. J.Gattacceca et al., 2013)

- la péninsule Arabique (principalement le sultanat d'Oman) avec 78 météorites représentant 17.3 kg

- la région de Yamato en Antarctique avec 25 météorites/km², 44 météorites représentant 5.9 kg (cf. K.Yanai et H.Kojima, 1991; NASA/ANTMET).

En de rares occasions on a découvert des météorites monumentales. Ainsi, perdue au milieu de la savane de Namibie, les chercheurs ont découvert au détour de leurs aventures la météorite la plus lourde du monde, appelée Hoba (2.95 m x 2.84 m x 1.5 m). A demi-enterrée, elle pèse 66 tonnes ! On comprendra que les scientifiques aient préféré la laisser sur place. Depuis cette date, le site est devenu un lieu touristique.

En deuxième place vient la météorite de Ahnighito, une masse de 200 tonnes de fer qui tomba il y a environ 10000 ans à l'ouest du Groenland, dont on récupéra un fragment de 34 tonnes en 1818. Après 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 exposée au Musée Américain d'Histoire des Sciences de New York (AMNH).

[1] Cet article a été écrit en collaboration avec le Dr Carleton B. Moore, géophysicien et astrochimiste, professeur émérite, fondateur et ancien directeur du Center for Meteorites Studies de l'Université d'Arizona qui rassemble depuis 1961 l'une des plus grandes et des plus importantes collections de météorites au monde (avec celle du British Museum parmi d'autres). Le Dr Moore a écrit plus de 200 articles universitaires (cf. aussi ResearchGate), sept livres et édité 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 échantillons de roches lunaires des missions Apollo 11-17 et encadra des étudiants qui ont depuis développé le programme d'astrobiologie de la NASA. En 2000, l'UAI renomma l'astéroïde 5046 "Carletonmoore" en son honneur et en 2018 un nouveau minéral (Ni₃Si) découvert dans une météorite porte le nom de "carletonmooréite". Lors de sa retraite, en remerciement pour son inestimable contribution à nos connaissances des météorites et de la genèse du système solaire, l'Université d'Arizona offrit au Dr Moore une roche lunaire, un type de roche qu'à l'époque l'ASU ne possédait même pas dans ses collections.