Origine de l'eau sur la Terre

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Les eaux couvrent plus des deux tiers de la surface terrestre. L'équivalent de deux à trois — voire jusqu'à dix — océans planétaires pourraient être emprisonnés dans l'intérieur de la Terre[1].
70 à 95 % de l'eau de la Terre daterait d'avant la formation de la Lune issue de l'impact de Théia sur la Terre. Cet impact aurait entraîné la volatilisation d'une partie de l'eau déjà formée mais la majorité serait restée condensée, ce qui impliquerait que seulement de 5 à 30 % de l'eau de la Terre provienne d'un apport extra-terrestre (comètes et météorites) ultérieur[1].

L’origine de l'eau sur Terre fait l'objet d'un débat scientifique qui repose principalement sur deux hypothèses concurrentes, une source interne et une source externe. La première suggère que l'eau et les autres volatils terrestres sont dérivés du dégazage de l'intérieur de la Terre au moment de sa formation il y a 4,55 milliards d'années[2]. La seconde suggère un apport tardif de l'eau, durant les dernières phases d'accrétion de la Terre, par des petits corps planétaires chondritiques (comètes et météorites) relativement riches en eau[3]. De nos jours, environ 70,9 % de la surface de la Terre sont recouverts d'eau[4]. Le débat actuel porte sur l'apport relatif de chaque source[1].

Les différentes hypothèses[modifier | modifier le code]

Aujourd’hui encore, les scientifiques ne sont pas unanimes quant à l’origine de l’eau sur Terre, principalement présente actuellement (et depuis des milliards d'années) dans ses océans. Les océans se seraient individualisés il y a 4,4 milliards d'années[5]. L’étude de zircons très anciens permet de mettre en évidence qu’ils ont été en contact avec de l’eau liquide. C’est à dire que de l’eau liquide existait à la surface de la jeune Terre il y a 4 404 ± 8 Ma. Ces études mettent en évidence la présence d’une jeune hydrosphère mais aussi un environnement caractérisé par des températures autorisant l’existence d’eau liquide (théorie de la « cool early Earth »)[6]. Certaines études sur les échantillons de roches lunaires et terrestres concluent à une limitation des apports extérieurs en eau, et notamment de l'impact de Théia, de l'ordre de 5 à 30 %[7], d'autres[8] considèrent que la majorité de l'eau provient de cet impacteur[9].

  • L’hypothèse la plus prisée des scientifiques est actuellement celle des chondrites carbonées qui sont arrivées sur Terre à la fin de l’accrétion et qui transportaient de l’eau, modélisé par le Grand Tack Scenario. Elle s'explique par une corrélation des rapports isotopiques proches entre l'eau de la Terre et celle des chondrites carbonées, même si la possible altération de ces rapports est sujette à discussion[10].
  • L’eau pourrait provenir des comètes, qui, après la période d’accrétion, se sont écrasées sur Terre. En effet, les comètes sont des corps célestes issus de la ceinture d'Edgeworth-Kuiper ou du nuage d'Oort ; elles ont un diamètre en général inférieur à 20 kilomètres, et sont composées à ~80 % de glace. On pense aujourd'hui[11] que l'apport cométaire est faible. Seulement une faible partie (≈ 10 %) proviendrait de cométésimaux de la région Uranus-Neptune et de la ceinture d'Edgeworth-Kuiper.
  • L'eau pourrait également être issue de la nébuleuse protosolaire, avoir ensuite été stockée à l'intérieur lors de la formation de la planète[12] puis relâchée par dégazage[13] des magmas (contenant de l’eau liée aux silicates des minéraux hydratés et des gaz emprisonnés dont l'hydrogène et l'oxygène)[14]. Depuis 2014, on pointe essentiellement une zone de roches principalement constituées de ringwoodite, entre 525 et 660 km de profondeur, qui pourrait contenir plusieurs fois le volume des océans actuels[15],[16].
  • Une quatrième hypothèse, plus minoritaire, invoque l'apport d'eau par les micrométéorites, dont le diamètre est de l’ordre du micromètre mais qui sont très fréquentes.

Une combinaison de facteurs ?[modifier | modifier le code]

Pourtant, de récentes découvertes semblent suggérer aux scientifiques qu’il n’y aurait pas un seul, mais au moins deux phénomènes à l’origine de l’eau. En effet, en évaluant le rapport du deutérium sur l’hydrogène présents dans la comète de Halley grâce aux mesures de la sonde Giotto et en comparant ce rapport avec celui mesuré sur Terre, les astrophysiciens ont constaté une différence qui les a poussés à penser que l’eau ne provenait pas uniquement d’impacts météoritiques ou cométaires, comme certains le pensaient, mais qu’elle provenait aussi d’une autre source, sûrement l’eau du dégazage du globe. En effet, ils ont obtenu un rapport D/H de quelque 3 × 10−4 pour les comètes, contre 1,5 × 10−4 dans les océans terrestres.

Mais, par quelque moyen que ce soit, l’eau, une fois arrivée sur Terre, sous forme gazeuse ou solide selon les cas énoncés, s’est, dans l’hypothèse des météorites et des comètes, évaporée à cause des conditions de température lors des impacts ; elle a été ensuite retenue par l’atmosphère protectrice. Dans l’hypothèse du dégazage, l’énergie fournie par la Terre a entrainé un volcanisme important qui a permis à l’eau de s’échapper du manteau terrestre. Puis, la température diminuant, la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère qui a été à l’origine d’une couche nuageuse épaisse autour de la planète, s’est peu à peu condensée. Aussi, pendant des millions d’années, un déluge de pluies torrentielles, chaudes et acides, s’est abattu sur Terre, responsable de l’apparition des océans. Une bonne partie du CO2 « initial » a dû être capté dans les roches, altérées par l'acidité de l'eau, sous forme des premiers carbonates. Puis, le climat a dû se stabiliser, ces océans se sont maintenus et après que la vie est apparue, la photosynthèse a contribué à la diminution du taux de CO2. La température a continué à diminuer de telle sorte que l’eau sous forme de glace a pu enfin se maintenir sur Terre. Ainsi l’eau était désormais présente sous ses trois états.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a b et c (en) Richard C. Greenwood, Jean-Alix Barrat, Martin F. Miller, Mahesh Anand, Nicolas Dauphas, Ian A. Franchi, Patrick Sillard & Natalie A. Starkey, « Oxygen isotopic evidence for accretion of Earth’s water before a high-energy Moon-forming giant impact », Science Advances, vol. 4, no 3,‎ (DOI 10.1126/sciadv.aao5928).
  2. (en) W. W. Rubey, « Geological history of sea water: An attempt to state the problem », Geol. Soc. Amer. Bull., 62, 1951, p. 1113–1148
  3. (en) Wanke H. (1981). Chemistry and accretion history of the Earth and the inner planets, In The Solar System and its Exploration, 141-150. European Space Agency
  4. CIA : Le World Factbook
  5. WILDE S., VALLEY J., PECK W., GRAHAM C. (2001). — Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth at 4.4 Gyr ago, in Nature n˚ 6817, 409,175-178
  6. J. W. Valley, W. H. Peck, E. M. King et S. Wilde, « A cool early Earth », Geology, vol. 30, no 4,‎ , p. 351-354.
  7. David Fossé, « L’origine de l’eau sur Terre en question », Ciel & Espace,‎ (lire en ligne)
  8. (en) Gerrit Budde, Christoph Burkhardt & Thorsten Kleine, « Molybdenum isotopic evidence for the late accretion of outer Solar System material to Earth », Nature Astronomy,‎ (DOI 10.1038/s41550-019-0779-y).
  9. Xavier Demeersman, « L’eau sur Terre vient-elle de Théia, la protoplanète qui a donné naissance à la Lune ? », sur futura-sciences.com, .
  10. Alice Stephant, Le rapport isotopique de l'hydrogène dans le Système Solaire interne : A la recherche des sources physico-chimiques de l'eau planétaire. Géochimie. Muséum National d'Histoire Naturelle, 2014. Français. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01118065/
  11. DETAY M. — Origine contingente de l’eau sur Terre – éléments de synthèse déduits des données géologiques, géochimiques et des modèles astronomiques et planétologiques, in La Houille Blanche, revue internationale de l’eau 1, 88-100 (2004)
  12. (en) « Evidence for primordial water in Earth’s deep mantle », sur Science
  13. « L'eau liquide, source de vie dans l’univers », sur Futura-Sciences
  14. « Quelle est l'origine de l’eau des océans ? », sur Futura-Sciences
  15. De gigantesques quantités d'eau enfouies sous nos pieds ?
  16. (en) Nathalie Bolfan-Casanova, « Water in the Earth's mantle », Mineralogical magazine, vol. 69, no 3,‎ , p. 229-257 (DOI 10.1180/0026461056930248).

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]