J’ai trouvé cette pierre dans mon jardin, est-ce une météorite ?

Article par JEAN PIERRE ULMET 
Ancien professeur au département de physique de l’INSA de Toulouse, volontaire du Muséum de Toulouse.

Malheureusement la probabilité de trouver une météorite dans son jardin ou en se promenant est extrêmement faible… Mais ce titre en forme d’interrogation va nous permettre d’évoquer ces pierres qui tombent du ciel, des plus petites dont on admire la trace lumineuse les belles nuits d’été et que l’on désigne sous le joli nom d’étoiles filantes jusqu’aux « monstres » de plusieurs kilomètres tel que celui qui a probablement contribué à la disparition des dinosaures et de beaucoup d’autres espèces moins connues, il y a 66 millions d’années ! Ce sera aussi l’occasion d’évoquer les innombrables objets qui peuplent notre système solaire…

Mais quelles sont ces pierres tombées du ciel ?

On peut facilement imaginer les interrogations des premiers humains devant ces apparitions lumineuses et parfois sonores liées à la chute de météorites de taille plus ou moins importante. A l’opposé des phénomènes astronomiques qui présentent une certaine régularité, par exemple les phases de la Lune et les éclipses, nos lointains ancêtres devaient être apeurés et fascinés par les chutes sporadiques de ces pierres tombées du ciel dans de spectaculaires traces lumineuses…

Dans l’Antiquité les premières références aux météorites sont dues à l’astronome et philosophe présocratique grec Anaxagore (né vers 500 et mort en 428 avant notre ère) célèbre pour ses recherches sur les causes rationnelles des phénomènes naturels. Il est le premier à formuler l’hypothèse que les météorites pourraient provenir du Soleil qu’il considérait comme une pierre en feu. Des chutes de pierres sont mentionnées dans la Chine ancienne sans toutefois que soit évoquée leur origine. Considérées avec respect, voire vénération, les météorites métalliques ont été utilisées par les Anciens, par exemple une très belle dague en fer météoritique a été retrouvée dans le tombeau de Toutânkhamon (fig)

Jusqu’au XVIII^e siècle, en fait, l’idée que des pierres puissent tomber du ciel est rejetée par les savants. En 1794 le physicien allemand Chladni fait l’hypothèse de l’origine extraterrestre des météorites. La majorité des savants va se rallier à cette proposition tout au long du XIX^e siècle, bien établie depuis.

Une météorite, en effet, est un objet solide d’origine extraterrestre (très majoritairement circonscrite au système solaire) se dirigeant vers la Terre et pénétrant dans l’atmosphère à très grande vitesse, de l’ordre de quelques dizaines de kilomètres par seconde. A ces vitesses, le frottement contre les gaz de l’atmosphère provoque un échauffement considérable pouvant atteindre plusieurs milliers de degrés à l’origine d’une vive lumière et d’une abrasion plus ou moins complète de la météorite dépendant de sa masse et de sa nature. Les étoiles filantes évoquées dans l’introduction ont pour origine des micrométéorites de dimensions millimétriques entièrement brûlées par l’échauffement. Les poussières les plus petites sont rapidement freinées par la haute atmosphère et parviennent quasiment intactes sur Terre⁽¹⁾. Par contre, une certaine masse résiduelle peut percuter le sol lorsqu’il s’agit de météorites plus massives, provoquant des dégâts et même des cicatrices importantes (cratères) sur la surface terrestre. Par chance la majorité est de petite taille.

La quantité de matière extraterrestre qui tombe chaque jour sur la Terre est considérable, de l’ordre de 100 à 1000 tonnes.

Pour se conformer à la dénomination internationale notons que l’objet qui arrive dans l’atmosphère terrestre est appelé météoroïde alors que météorite est réservé en principe au fragment qui atteint la surface de la Terre mais c’est sans doute le nom le plus employé.

Origine des météorites

Depuis les années 1950, il est bien établi que les météorites proviennent majoritairement de la ceinture d’astéroïdes qui orbite entre les planètes Mars et Jupiter.

Cette ceinture est formée de millions de corps dont la taille va du grain de poussière jusqu’à des planétoïdes de quelques centaines de kilomètres (950 kilomètres de diamètre pour Cérès, le plus gros d’entre eux). On pense qu’elle correspond à l’emplacement d’une planète qui n’a pu se construire lors de la formation du système solaire sans doute à cause de Jupiter dont les résonances orbitales ont chassé les petits corps et empêché leur accrétion. Leur composition chimique et leur structure peuvent varier mais ils représentent tous des stades primitifs de la formation du système solaire et sont essentiellement de nature rocheuse ou métallique.

La ceinture d’astéroïdes est loin d’être un emplacement tranquille car les collisions entre les différents corps sont nombreuses et peuvent les éjecter de leurs trajectoires initiales sans compter les influences gravitationnelles des planètes voisines : Mars et surtout Jupiter 3000 fois plus massive que sa voisine … Un grand nombre de ces corps se retrouve ainsi sur des trajectoires susceptibles de recouper celle de notre planète. On les appelle les géocroiseurs et, les moyens de détection s’affinant sans cesse, les astronomes se sont aperçus qu’ils étaient extrêmement nombreux. On estime que de l’ordre d’un demi-million de ces géocroiseurs ont une taille comprise entre 50 et 100 mètres et que l’un d’entre eux frappe la Terre en moyenne tous les mille ans. Environ un millier d’astéroïdes ont une taille supérieure à 1 kilomètre et présentent un réel danger pour l’humanité. Ils sont très surveillés mais l’on n’a pas encore de moyens pour éviter une collision éventuelle avec notre planète. C’est un sujet dont l’humanité commence sérieusement à se préoccuper, sinon s’inquiéter… Tout récemment, en septembre 2022, la NASA a effectué un essai avec la mission DART (Double Asteroid Redirection Test), d’ailleurs réussi, pour dévier l’astéroïde Dimorphos (160 mètres de diamètre) de sa trajectoire grâce à l’impact d’un engin terrestre lancé sur lui à grande vitesse. Cet astéroïde ne présentait pas de danger mais cet essai a constitué une importante « première » confirmant la validité de la méthode de l’impact pour dévier certains corps dangereux. Considérant l’immense différence des masses, le résultat n’était pas acquis mais il ouvre un grand espoir en cas d’un éventuel futur danger…

Nous verrons plus loin que la taille de l’astéroïde « tueur de dinosaures » qui a frappé la Terre il y a 66 millions d’années a été estimée à une dizaine de kilomètres ! Heureusement la probabilité de rencontre avec un tel objet est de l’ordre d’une collision tous les 100 millions d’années… !

Depuis quelques décennies on a découvert qu’un très petit nombre de météorites provenaientde la Lune ou de Mars, arrachées à l’attraction de ces astres lors de chocs violents avec de grosses météorites.

Enfin il faut signaler que les étoiles filantes proviennent de poussières ou de micrométéorites. Si celles-ci sont associées à des poussières émanant de comètes, elles peuvent se présenter sous forme d’essaims (on dit quelquefois « pluie ») lorsque la Terre traverse des zones riches de ces micrométéorites. Cela se produit un certain nombre de fois dans l’année et on donne à ces essaims un nom rappelant la région du ciel d’où ils semblent provenir. A titre d’exemple on peut citer l’essaim des Perséides, sans doute le plus connu, dû à des grains de poussière issus de la comète Swift-Tuttle dont l’orbite recoupe celle de la Terre. Son nom vient de la constellation de Persée, zone du ciel d’où semblent émerger les étoiles filantes dont la fréquence maximale se situe vers le 12/13 août.

Bien que cette région ne « fournisse » que très peu de météorites à la Terre, il existe bien loin du Soleil, au-delà de l’orbite de Neptune, une zone beaucoup plus large (plus de 3 milliards de kilomètres) que la ceinture d’astéroïdes. Elle est formée de centaines de milliers de corps (d’une centaine de kilomètres de diamètres) composés essentiellement de substances gelées (ammoniac, eau, méthane…). C’est la ceinture de Kuiper qui constitue aussi un formidable réservoir de milliards de comètes à courte période. Pluton (2316 kilomètres de diamètre), jadis comptée parmi les planètes du système solaire, est maintenant considérée comme une planète naine faisant partie de la ceinture de Kuiper ainsi d’ailleurs que deux autres planètes naines, Makemake et Haumea.

Enfin, pour être exhaustif, le système solaire possède à ses confins, à la limite de l’influence gravitationnelle du Soleil, le nuage d’Oort, nuage sphériquequi contiendrait des milliers de milliards d’objets glacés de taille kilométrique à l’origine des comètes à très longue période, voire des comètes à trajectoire parabolique n’effectuant qu’un seul passage autour du soleil.

De manière générale, ce très bref aperçu de notre système solaire nous montre cependant son extrême complexité car, outre les huit planètes que nous connaissons, l’influence gravitationnelle du Soleil s’exerce sur des milliards et des milliards de corps tous en relation avec la nébuleuse primitive et les premiers stades de la formation du système solaire. Autre image fausse, celui-ci est loin d’être un lieu de stabilité où tous les objets ont des trajectoires assignées et immuables… Depuis le début, il y a 4,6 milliards d’années, ces derniers n’ont pas arrêté de voir leurs trajectoires se modifier au gré des collisions incessantes et des multiples influences gravitationnelles. Des calculs ont montré que les trajectoires des planètes étaient « chaotiques », imprévisibles à l’échelle d’une soixantaine de millions d’années…

Pendant longtemps la connaissance de notre système solaire a été fortement limitée par nos moyens d’observation. Les météorites (pas trop grosses !) constituent une « aubaine » car, témoins des premiers temps et donc sources d’informations sur la nébuleuse primitive, elles sont importantes pour les scientifiques…Depuis quelques décennies la possibilité d’envoyer des engins dans l’espace pour des missions d’observation et même de récolte d’échantillons sur les planètes et plus récemment sur les comètes et les astéroïdes, a fait faire un bon de géant à nos connaissances sur les corps du système solaire, sur leur composition et leur formation. Par exemple, la sonde Rosetta envoyée à la rencontre de la comète « Tchouri » et son petit module Philae qu’elle a largué, en 2014, a fourni des informations importantes sur la structure et la composition des comètes. Encore plus récemment la sonde japonaise Hayabusa 2, après une mission de 6 ans, a rapporté des échantillons provenant de l’astéroïde carboné Ryugu. Au total et à ce jour, plusieurs milliers de molécules organiques ont été identifiées dans seulement 5 grammes de matière et, à la grande joie des exobiologistes, l’uracile, un des composants de l’ARN a été détecté, apportant un argument supplémentaire aux partisans de l’origine extraterrestre de la vie.

Nature des météorites

Quelques météorites célèbres…

Tout au long de l’histoire de l’humanité de nombreuses chutes de météorites ont été rapportées soit par des témoignages visuels liés aux traces lumineuses accompagnant la chute de la météorite, soit par la découverte de la météorite elle-même lorsque celle-ci, assez massive, n’a pas été entièrement détruite par le violent échauffement (certaines météorites ont été fragmentées ou ont explosé lors de leur chute).

La probabilité d’être tué par la chute d’une météorite est extrêmement faible. Quelques rares cas de blessures et de décès concernant des humains ou des animaux sont connus. Par contre plus fréquents peuvent être les dégâts matériels (par exemple toitures trouées, vitres et portes soufflées, etc.).

Quelques grands impacts terrestres

Quand on regarde les images des grands corps, planètes et satellites, transmises par les sondes, on voit immédiatement qu’un certain nombre possède une surface rocheuse marquée par des cratères, signatures de grosses météorites. L’astre le plus typique est la Lune qui, en l’absence d’atmosphère et avec une érosion très lente (bombardement de micrométéorites, contraintes thermiques sur les roches), présente une surface constellée de cratères de toutes tailles, bien conservés.

La Terre n’a pas échappé à ces bombardements mais la tectonique des plaques et l’érosion ont altéré et modifié sa surface rendant invisibles de nombreux cratères. Cependant des études géologiques permettent de savoir si une formation est un ancien cratère, par exemple si on trouve des roches appelées impactites qui ont été modifiées lors de l’impact (d’où leur nom) sous l’influence de hautes températures et fortes pressions. Actuellement, environ 200 cratères d’impact d’astéroïdes sont bien identifiés sur terre…

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Notes

1. Une expérience amusante : si l’on dispose d’un récipient recueillant fréquemment de l’eau de pluie, l’on peut, en parcourant le fond de l’eau avec un aimant, attirer de minuscules paillettes de fer bien visibles avec une bonne loupe…

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