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Impact cosmique

Un impact cosmique est la collision entre deux ou plusieurs objets célestes provoquant des effets notables. Dans la majorité des cas un petit corps du système solaire, astéroïde ou comète, entre en collision avec une planète, telle que la Terre. La fréquence des impacts cosmiques dans le système solaire a varié en fonction de l'époque : très fréquents durant la formation du système solaire il y a 4,6 milliards d'années, ils se sont progressivement raréfiés au fur et à mesure que le nombre de corps célestes en circulation diminuait. Selon une théorie généralement admise, les impacts cosmiques se sont à nouveau multipliés il y a environ 4 milliards d'années au cours de l'épisode baptisé grand bombardement tardif à la suite d'une modification de l'orbite des planètes externes dont la planète Jupiter. Cette dernière a contribué par la suite à faire chuter la fréquence des impacts en capturant grâce à son champ gravitationnel particulièrement important un grand nombre des petits corps célestes qui subsistaient.

Représentation d'artiste d'un astéroïde tombant sur la Terre.

Les impacts cosmiques ont sans doute joué un rôle à la fois important et positif dans la genèse de la Terre et indirectement dans l'émergence de l'espèce humaine. Parmi les théories admises par la communauté scientifique, la collision de la Terre et de l'objet céleste qui a donné naissance à la Lune serait à l'origine d'un changement de la composition de la croûte terrestre qui aurait elle-même permis l'apparition de la tectonique des plaques. On attribue également la formation des océans à l'impact de comètes. Enfin certaines extinctions massives d'espèces, dont celle des dinosaures qui a permis l'émergence des mammifères en tant qu'espèces dominantes, ont été attribuées à un impact cosmique.

Les cratères crĂ©Ă©s par les impacts cosmiques, notamment Ă  la surface de la Terre ou de la Lune, n'ont Ă©tĂ© reconnus que tardivement, au dĂ©but des annĂ©es 1960, car on leur supposait auparavant une origine volcanique. Sur Terre la frĂ©quence des impacts d'objets cĂ©lestes de petite taille est importante mais les collisions avec des astĂ©roĂŻdes susceptibles de bouleverser la surface de la planète sont rares : environ un objet d'un diamètre de 50 mètres tous les 1 000 ans, un astĂ©roĂŻde de 500 mètres tous les demi-millions d'annĂ©es. Les trajectoires des astĂ©roĂŻdes gĂ©ocroiseurs, c'est-Ă -dire susceptibles de percuter la Terre du fait de leur orbite, sont en cours d'inventaire.

DĂ©finition

À une échelle géologique les collisions au sein du système solaire entre planètes et d'autres objets célestes massifs sont fréquents. La plupart des corps du système solaire, lorsqu'ils ont une surface solide[Note 1], sont recouverts de cratères, résultant de ces collisions. Sur Terre peu de cratères sont visibles parce que les processus géologiques tels que l'érosion, le volcanisme et la tectonique des plaques, ont effacé les traces les plus visibles. Pourtant la Terre comme les autres corps a subi une phase de bombardement intense qui s'est achevée il y 3,9 milliards d'années (le grand bombardement tardif) et qui se poursuit aujourd'hui à un rythme beaucoup plus lent. Les plus petits des objets célestes sont interceptés par l'atmosphère terrestre.

Les impacts cosmiques et la Terre

Caractéristiques des objets entrant en collision avec la Terre

Les impacts provoquant des dĂ©gâts significatifs Ă  l'Ă©chelle d'une rĂ©gion terrestre ou plus sont produits par des objets cĂ©lestes d'un diamètre supĂ©rieur Ă  10 m. Les plus gros peuvent dĂ©passer 10 km. Ils sont d'une densitĂ© de 0,5 Ă  1 (comète), 1 Ă  3 (astĂ©roĂŻde de type chondrite) voire 8 (astĂ©roĂŻde mĂ©tallique). Ils pĂ©nètrent dans l'atmosphère terrestre Ă  une vitesse relative par rapport Ă  la Terre comprise entre 12 km/s (soit une vitesse de 1 km/s par rapport au Soleil) et 72 km/s. Ils atteignent alors au maximum 11 km/s, soit qu'ils soient accĂ©lĂ©rĂ©s par la planète, soit qu'ils soient ralentis par son atmosphère. La vitesse maximale de 72 km/s est atteinte par un objet en orbite autour du Soleil lorsqu'il percute la Terre, compte tenu du fait que la Terre circule elle-mĂŞme Ă  30 km/s. C'est ainsi la vitesse d'impact d'une comète venue des confins du Système solaire et circulant sur une orbite rĂ©trograde (dans le sens contraire de celui de la Terre) : si v est la vitesse orbitale de la comète, la vitesse Ă  l'impact (en km/s) est Ă©gale Ă  v + 30 + 11[1].

Parmi les objets géocroiseurs, les astéroïdes sont beaucoup plus nombreux que les comètes. Ces dernières ne représenteraient qu'environ 1% du total toutefois on estime que cette proportion est beaucoup plus forte parmi les impacteurs les plus grands[1]. Les astéroïdes proviennent de la ceinture des astéroïdes. la majorité des objets de la ceinture ne sont pas considérés comme dangereux, car leur orbite est confinée entre Mars et Jupiter. Toutefois ils peuvent éventuellement changer d’orbite après avoir frôlé une autre planète et devenir des astéroïdes géocroiseurs. Ceux-ci ont une durée de vie de quelques millions d’années et finissent soit par terminer leur course dans le Soleil, soit par être éjectés du système solaire, soit, plus rarement, par entrer en collision avec la Terre[2]. On estime que 2 à 10% des astéroïdes sont de composition métallique (densité = 8) les autres étant formés de roches (densité =1,5 à 3)[1].

Fréquence des impacts

Chaque jour une multitude de petits débris pénètrent dans l'atmosphère et sont détruits par la chaleur générée par leur rentrée dans l'atmosphère (visibles pour certains d'entre eux sous forme d'étoiles filantes). Les objets composés de roches (c'est le cas de la majorité des astéroïdes) de moins de 10 mètres de diamètre sont généralement détruits avant d'atteindre le sol et seuls quelques débris touchent celui-ci. Si on a affaire à un astéroïde métallique, beaucoup plus rare, les débris qui touchent le sol sont de taille beaucoup plus importante[3].

Il est difficile de déterminer la fréquence des collisions susceptibles de générer des dommages significatifs sur Terre car ils sont très rares à l'échelle d'une vie humaine. Au cours du millénaire écoulé, il n'y aucun témoignage direct relatant la mort d'une personne tuée par un tel événement. Pour déterminer la fréquence des collisions, les scientifiques s'appuient donc sur les traces extrêmement bien préservées laissées par les impacts à la surface de la Lune, sur les cratères d'impact identifiés à la surface de la Terre ainsi que sur les collisions documentées au cours des derniers siècles. La taille des impacteurs est déduite de celle des cratères en s'appuyant sur des simulations réalisées en laboratoire.

Fréquence des collisions d'objets géocroiseurs avec la Terre (source Toon 1997[4])
Diamètre
de l'impacteur
Intervalle moyen
entre deux collisions
Intervalle moyen
entre deux passages Ă 
l'intérieur de l'orbite lunaire
Énergie libérée
Millions de tonnes
Ă©quivalent TNT (Mt)
Impacts les plus récents (2019)
7 mètres0,5 an0,01 Mt
14 mètres5 ans0,1 MtTcheliabinsk (2013), Mer de Béring (2018)
30 mètres30 ans1 Mt
70 mètres200 ans10 MtToungouska (1908)
140 mètres2 000 ans0,5 an100 Mt
300 mètres10 000 ans3 ans1 000 Mt
700 mètres60 000 ans20 ans10 000 Mt
1,4 km300 000 ans90 ans100 000 Mt
3 km2 millions années600 ans1 million Mt
7 km10 millions annĂ©es4 000 ans10 millions Mt
14 km90 millions annĂ©es30 000 ans100 millions MtChicxulub (-66 millions annĂ©es)

Il y a une relation inverse entre la taille des corps qui viennent heurter une planète et leur frĂ©quence. L'analyse des cratères d'impact qui constellent la surface de la Lune a permis de dĂ©terminer que la frĂ©quence des collisions dĂ©croissait comme le cube du diamètre du cratère rĂ©sultant de l'impact lui-mĂŞme gĂ©nĂ©ralement proportionnel Ă  la taille du corps cĂ©leste[5]. Des objets ayant un diamètre entre 5 et 10 mètres entrent en collision avec la Terre en moyenne une fois par an. Tous les mille ans, des astĂ©roĂŻdes d'environ 50 mètres produisent des explosions comparables Ă  celle observĂ©e dans la Toungouska en 1908[6]. Le rythme d’impact pour des objets d’au moins km de diamètre est estimĂ© Ă  2 par million d’annĂ©es[7].

La frĂ©quence des impacts terrestres peut ĂŞtre apprĂ©ciĂ©e Ă  travers celle d'un passage Ă  l'intĂ©rieur de l'orbite lunaire, c'est-Ă -dire dans la « proche banlieue » terrestre. L'orbite de la Lune a un demi-grand axe de 384 399 km, tandis que la Terre a un rayon moyen de 6 371 km, soit 60 fois moins. La surface de la cible que reprĂ©sente l'orbite lunaire est donc 60 x 60 = 3 600 fois plus grande que la cible terrestre : si un astĂ©roĂŻde de 300 m de diamètre passe en deçà de l'orbite lunaire tous les 3 ans, on peut s'attendre Ă  un impact tous les 10 000 ans.

Énergie dégagée par l'impact

Les conséquences d'une collision d'un objet géocroiseur avec la Terre sont proportionnelles à l'énergie libérée durant l'impact. Celle-ci découle directement de l'énergie cinétique de l'impacteur qui se calcule par la formule suivante :
si d est sa densité (en kg/m3), v sa vitesse (en m/s) et D son diamètre (en m), l'énergie cinétique est donnée, en joules, par E= d × D3 × v2[Note 2].

En fonction de la densité des astéroïdes (comprise entre 2000 et 3000 kg/m3) et des comètes (1000 à 1500 kg/m3) et de la vitesse des astéroïdes (12-20 km/s) et des comètes (30–70 km/s), l'impacteur libère entre 4 et 20 fois plus d'énergie qu'une masse équivalente de TNT : 1 tonne d'impacteur libère une énergie équivalente à 4 à 20 tonnes de TNT.

  • Un astĂ©roĂŻde de 7 mètres de diamètre dĂ©gage environ 10 Ă©quivalents kilotonnes de TNT.
  • L'Ă©vĂ©nement de la Toungouska (1908) attribuĂ© Ă  un astĂ©roĂŻde de 60 mètres de diamètre a libĂ©rĂ© une Ă©nergie de 15 000 kilotonnes TNT soit 1000 fois la puissance de la bombe atomique ayant frappĂ© Hiroshima.

En dessous d'un diamètre de 100 mètres les astéroïdes rocheux et les comètes libèrent une grande partie de leur énergie dans l'atmosphère. Au-dessous de 10 mètres la totalité de l'énergie est dissipée dans l'atmosphère et l'énergie produite par l'impact à la surface devient nulle. Pour les astéroïdes métalliques, qui résistent mieux aux forces de traînée, l'énergie dissipée à l'impact est proportionnellement plus grande. Pour les grands impacteurs, l'énergie est pratiquement entièrement libérée à l'impact.

DĂ©roulement d'une collision avec la Terre

La collision d'un objet céleste avec la Terre débute lorsque celui-ci pénètre dans l'atmosphère terrestre. Sa trajectoire, dans le cas des gros impacteurs, suit une ligne droite dont la pente vers la surface est déterminée uniquement par l'angle d'incidence au moment où l'objet a abordé l'atmosphère : la traversée de l'atmosphère est d'autant plus longue que l'angle d'incidence est grand. Toutes les incidences sont observées : de l'incidence rasante (proche de 0°) à l'incidence normale (90°) qui conduit à une trajectoire très courte vers la surface. L'incidence moyenne est de 45°. Pour les astéroïdes de petite taille cette trajectoire est influencée par la pesanteur terrestre et la chute très importante de la vitesse initiale. Dans les couches supérieures de l'atmosphère l'impacteur est seulement freiné car la densité de l'air est faible. Durant cette phase les météoroïdes (objets de très petite taille) sont complètement vaporisés. Plus l'impacteur s'enfonce dans l'atmosphère, plus la densité de celle-ci augmente et la pression sur la face avant de l'objet augmente. La force qui s'exerce peut alors dépasser la solidité de l'impacteur qui se fragmente. Cette fragmentation se déroule souvent en plusieurs étapes car l'impacteur est constitué de matériaux hétérogènes caractérisés par des résistances différentes. Ce processus de fragmentation, qui ne concerne généralement pas les objets de plus de 100 mètres de diamètre, est très mal modélisé. Les différents fragments suivent des trajectoires divergentes. Si les fragments se dispersent fortement, l'énergie est complètement dispersée dans l'atmosphère sous forme d'explosions et leur vitesse chute complètement avant d'atteindre le sol et aucun cratère ne se forme. Si les fragments restent groupés, ils atteignent le sol avec une grande partie de leur énergie initiale et ils pénètrent dans le sol en formant autant de cratères[1].

Les très grosses météorites ne se désintègrent pas et conservent leur vitesse cosmique : elles traversent l'atmosphère en quelques secondes et à l'arrivée au sol, elles libèrent presque toute leur énergie cinétique initiale.

Formation du cratère d'impact

Animation montrant le processus de formation d'un cratère complexe initié par l'impact sur Terre d'un objet géocroiseur de très grande taille (plus d'un kilomètre).

L'impacteur, s'il a survécu à la traversée de l'atmosphère, pénètre dans le sol à grande vitesse (plusieurs km/s à plusieurs dizaines de km/s). Immédiatement avant de frapper le sol, le déplacement de l'impacteur compresse l'air qui est piégé entre celui-ci et la surface. La pression et la chaleur deviennent tellement importantes que les matériaux de surface sous l'impacteur fondent. Des morceaux de la surface fondue peuvent être chassés latéralement par la décompression jusqu'à des distances considérables (quelques centaines de kilomètres) et produire des roches de type tectite ou moldavite. Au moment de l'impact de l'objet avec le sol deux ondes de choc sont générées et se propagent verticalement de manière concentrique l'une vers le haut (dans l'impacteur), l'autre vers le bas (dans le sol) en réchauffant et compressant les matériaux rencontrés[8]. La compression de l'impacteur atteint souvent plusieurs centaines de gigapascals et sa décompression qui suit rapidement transforme les matériaux qui le composent en les faisant passer à l'état gazeux ou liquide. Au-delà d'une vitesse d'impact de 12 km/s l'impacteur est entièrement fondu avec une partie de la surface tandis que la transformation en gaz intervient à partir de 15 km/s.

L'impact est suivi d'une phase d'excavation du cratère. La pression au sol atteint des millions de bars. Les matériaux de la surface fondent et sont expulsés dans l'atmosphère. La quantité de matériau de la surface fondu ou vaporisé et expulsé représente entre une et dix fois la masse de l'impacteur selon que la vitesse de celui-ci est 15 à 50 km/s. L'onde de choc se déplace en profondeur en comprimant les matériaux. La compression fracture le terrain, le chauffe et déclenche des transitions de phase en ultra-haute pression : dans ces conditions le carbone peut se transformer en diamant, l'olivine devenir du ringwoodite. Lorsque l'onde de compression est passée, la décompression qui suit éjecte vers le haut une grande quantité de matériaux qui ont été en partie fondus ou transformés. Ceux-ci retombent en pluie dans le cratère en formation ou aux alentours. Une petite fraction peut être éjectée à très grande distance voire échapper à l'attraction de la Terre[9].

Alors que l'impact, la compression, la dĂ©compression et le passage de l'onde de choc se dĂ©roulent en quelques dixièmes de seconde, la phase d'excavation du cratère d'impact est beaucoup moins rapide et les matĂ©riaux qui sont dĂ©placĂ©s durant la formation du cratère le sont en grande partie Ă  des vitesses subsoniques. La durĂ©e de l'excavation dĂ©pend du diamètre du cratère rĂ©sultant (D) et de la gravitĂ© (g) : durĂ©e =~(D/g)1/2. Par exemple l'excavation de Meteor Crater sur Terre a pris 10 secondes alors que pour le Bassin d'Imbrium de 1 000 km de diamètre situĂ© sur la Lune, le processus a durĂ© 13 minutes[10]. La cavitĂ© qui est creusĂ©e dans le sol par l'impact est initialement de forme hĂ©misphĂ©rique puis devient un paraboloĂŻde (en forme de bol). L'expansion du cratère s'arrĂŞte lorsque l'Ă©nergie cinĂ©tique est dissipĂ©e. Lorsque le processus d'excavation s'achève, la profondeur du cratère formĂ© est comprise entre un tiers et un quart de son diamètre. Les matĂ©riaux excavĂ©s ont Ă©tĂ© pour un tiers Ă©jectĂ©s et pour les deux tiers seulement dĂ©placĂ©s vers le bas, sur les cĂ´tĂ©s ou ont produit un bourrelet sur les rebords du cratère. Le cratère ainsi formĂ© n'est pas stable (on parle de cratère transitoire) et il se transforme sous l'action de la gravitĂ©. Le bourrelet s'effondre en partie Ă  l'intĂ©rieur du cratère et une certaine quantitĂ© de matĂ©riau fondu glisse dans la partie la plus profonde de la cavitĂ© formĂ©e. La forme du cratère final dĂ©pend du diamètre du cratère (de l'Ă©nergie cinĂ©tique de l'impacteur) et de la gravitĂ© de la planète. Sur Terre lorsque le cratère fait moins de 3,2 km de diamètre le cratère final est dit simple. Dans ce cas le fond du cratère final est en partie plat et il est recouvert par une couche constituĂ© par un mĂ©lange d'Ă©jectas, de roche fondue et de brèches. Lorsque le cratère a un diamètre supĂ©rieur Ă  3,2 km (ce diamètre est diffĂ©rent sur les autres corps car il dĂ©pend de la gravitĂ©) il se forme un cratère complexe : la dĂ©compression et le rebond du sol qui s'ensuit entraine la crĂ©ation dans la partie centrale du cratère d'un piton. Au-dela d'un diamètre de 40 km sur Terre, le piton est remplacĂ©e par un anneau central et on ne parle plus de cratère mais de bassin[9]. La dimension du cratère dĂ©pend du rapport de densitĂ© entre l'impacteur et le sol, du diamètre de l'impacteur, de sa vitesse et de l'angle de sa trajectoire par rapport Ă  l'horizontale. L'intensitĂ© de la gravitĂ© entre dans l'Ă©quation et donc le diamètre est plus important sur la Lune que sur Terre[11]. Par exemple un astĂ©roĂŻde rocheux de 1000 mètres de diamètre ayant une densitĂ© de 3 frappant une surface constituĂ©e de roches sĂ©dimentaires sous un angle de 45° et avec une vitesse de 20 km/s crĂ©era un cratère complexe de 15,6 km de diamètre et 677 mètres de profondeur[12].

La Terre Ă©tant recouvert en grande partie par les ocĂ©ans, dans la majoritĂ© des cas l'impact a lieu en mer. Un cratère se forme au fond de l'ocĂ©an Ă  partir du moment oĂą le diamètre est supĂ©rieur Ă  1/20 (ou 1/15 selon certains chercheurs) de la profondeur des eaux Ă  l'endroit de l'impact (si la profondeur est de 2000 mètres, un cratère se forme si l'impacteur a un diamètre supĂ©rieur Ă  100 mètres). Des matĂ©riaux du plancher ocĂ©anique peuvent ĂŞtre Ă©jectĂ©s en quantitĂ© significative dans l'atmosphère mais il faut que l'impacteur ait conservĂ© suffisamment d'Ă©nergie cinĂ©tique au moment oĂą il frappe le fond de l'ocĂ©an. Le seuil d'Ă©nergie cinĂ©tique nĂ©cessaire dĂ©pend de la profondeur de l'ocĂ©an : il est de 2 Ă— 104 Mt pour une profondeur de 1 km et de 106 Mt pour une profondeur de 4 km[13].

On a constaté que 20 % de l'énergie cinétique d'un impacteur est transformée en fracturation et fragmentation, 50 % en énergie mécanique et éjection et 30 % en chaleur. La taille finale du cratère est déterminée par le diamètre de l'impacteur, sa densité, sa vitesse et l'angle sous lequel il frappe le sol[1].

Boule de feu

Si la vitesse à son arrivée au niveau du sol dépasse 15 km/s l'impacteur ainsi qu'une partie de la surface est transformée en gaz. Celui-ci est produit sous très haute pression (supérieure à 100 gigapascals) et très haute température (> 10000 kelvin) et génère une boule de feu qui prend rapidement du volume. La boule de feu atteint sa température maximale lorsque son diamètre est environ 13 fois celui de l'impacteur. Dans le cas d'un météorite rocheux de 1000 mètres arrivant à 20 km/s (décrit plus haut), la boule de feu atteint un diamètre de 13 km. A une distance de 50 km près de 6 millions de joules par m2 sont produits au cours des 3 minutes suivantes générant des brulures au troisième degré[14]

Effet de souffle

L'onde de choc d'un impact important (un objet de plus de 3 km de diamètre) aurait des répercussions sur la quasi-totalité de la surface de la Terre, notamment sur les océans, et provoquerait l'embrasement des forêts.

Tsunami

Le phénomène le plus spectaculaire résulterait de la chute de l'impacteur dans l'océan et occasionnerait un gigantesque raz de marée. Des calculs détaillés ont été effectués[15] sur les répercussions de l'impact d'un météore de km de diamètre.

Gros impacteurs : des conséquences à l'échelle de la planète

Si un objet de très grande taille frappe la Terre, les conséquences peuvent concerner l'ensemble de la planète. Un tremblement de terre de forte magnitude peut avoir des répercussions à grande distance sur les zones instables, provoquant notamment des éruptions volcaniques, des glissements de terrain et des éboulements de terrain. De plus, des roches en fusion ou vaporisées projetées du cratère peuvent provoquer un incendie qui s'étend à tout un continent. Les particules éjectées dans l'atmosphère ainsi que la suie des incendies de forêts, provoquent obscurcissement du ciel qui entraine un refroidissement général, jusqu'au gel et un arrêt temporaire de la photosynthèse[16] - [17]. L'effet de serre dû à la grande quantité de CO2 provenant des incendies élèvent la température des océans. La forte diminution de l'oxygène présent dans l'atmosphère provoque des conditions réductrices comme la destruction de la couche d'ozone et, laissant passer les rayons ultraviolets, la multiplication de pluies acides causées par l'impact. Progressivement, les conditions nécessaires à la photosynthèse sont rétablies au bout d'un délai qui peut se mesurer en années, voire en milliers d'années.

Le cas des petits impacteurs

Les objets ayant un diamètre entre 5 et 10 mètres entrent en collision avec la Terre en moyenne une fois par an. L’énergie dĂ©gagĂ©e est Ă©quivalente Ă  celle d'une petite bombe atomique. L'Ă©nergie est gĂ©nĂ©ralement dissipĂ©e dans la haute atmosphère car presque la totalitĂ© des matières solides se vaporisent durant la rentrĂ©e atmosphĂ©rique[18].

Impacteur rocheux et taille de cratère[12]
Diamètre de
l'impacteur
Energie cinétique
Millions de tonnes Ă©quivalent TNT (Mt)
Diamètre du
Cratère d'impact
Fréquence
(années)
Rentrée atmosphérique Impact
100 m47 Mt3,4 Mt1,2 km5 200
130 m103 Mt31,4 Mt2 km11 000
150 m159 Mt71,5 Mt2.4 km16 000
200 m376 Mt261 Mt3 km36 000
250 m734 Mt598 Mt3,8 km59 000
300 m1 270 Mt1 110 Mt4.6 km73 000
400 m3 010 Mt2 800 Mt6 km100 000
700 m16 100 Mt15 700 Mt10 km190 000
1 000 m47 000 Mt46 300 Mt13.6 km440 000
Calcul effectuĂ© pour un mĂ©tĂ©orite d'une densitĂ© de 2 600 kg/m3 arrivant Ă  une vitesse de 17 km/s sous un angle de 45°
1 mégatonne (Mt) = 50 fois l'énergie dégagée par l'explosion d'Hiroshima.

Découverte du phénomène

Eugene Shoemaker est le premier à avoir expliqué l'origine des cratères d'impact.

Bien que les cratères d'impact aient été observés sur la Terre et sur la Lune depuis plusieurs siècles, ils n'ont été associés à des impacts cosmiques que tardivement au début des années 1960 ; on leur supposait auparavant une origine volcanique. À la surface de la Terre, les cratères d'impact subissent les effets de l'érosion et finissent par disparaître avec le temps.

Contribution des impacts cosmiques Ă  l'apparition de la vie sur Terre

La Terre s'est formĂ©e, comme toutes les planètes telluriques, par des collisions violentes entre de nombreux planĂ©tĂ©simaux, qui se sont produites sur une pĂ©riode de moins de 20 millions d'annĂ©es. Par la suite, plusieurs objets gĂ©ocroiseurs de grande taille sont entrĂ©s en collision avec la Terre et ont fortement marquĂ© l'histoire de notre planète en favorisant l'apparition de la vie et finalement l'Ă©mergence de l'espèce humaine :

Formation de la Lune (-4 468 millions annĂ©es)

Représentation simplifiée de l'impact géant ayant contribué à la formation de la Lune.

Selon l'hypothèse de rĂ©fĂ©rence, il y a 4,468 milliards d'annĂ©es — soit environ 100 millions d'annĂ©es après la formation de la Terre —, le planĂ©toĂŻde ThĂ©ia, de la taille de Mars, soit 6 500 kilomètres de diamètre, aurait heurtĂ© la Terre Ă  la vitesse de 40 000 kilomètres par heure sous un angle oblique. Le choc aurait dĂ©truit l'impacteur dont les restes, ainsi qu'une portion du manteau terrestre, auraient Ă©tĂ© Ă©jectĂ©s dans l'espace, en orbite autour de la Terre. Environ 2 % de la masse originelle de l'impacteur aurait produit un anneau de dĂ©bris en orbite. Par accrĂ©tion, entre un et cent ans après l'impact, la moitiĂ© de ces dĂ©bris aurait donnĂ© naissance Ă  la Lune[19] - [20]. Pour la Terre, cet impact a eu plusieurs consĂ©quences :

  • la collision aurait permis Ă  la Terre de gagner en masse, accroissant la gravitĂ© et donc la capacitĂ© Ă  retenir son atmosphère. Elle aurait Ă©galement augmentĂ© la taille du noyau mĂ©tallique, permettant l'existence d'une magnĂ©tosphère puissante favorisant la vie en la protĂ©geant du rayonnement ultraviolet et des rayons cosmiques[21] ;
  • la formation de la Lune a permis de stabiliser l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre qui, sans elle, serait chaotique, oscillant de façon irrĂ©gulière Ă  l'Ă©chelle des temps gĂ©ologiques, quasiment de 0 Ă  90°. Les changements climatiques induits par de tels changements auraient Ă©tĂ© très dĂ©favorables au dĂ©veloppement des formes vivantes Ă©voluĂ©es, surtout sur les continents[22].

Formation des océans

L'origine des océans terrestres est sujet à débats. Au moment de la formation de la Terre, le système solaire interne, dont fait partie la Terre, était trop chaud pour que l'eau ait été présente. L'étude de la composition isotopique de l'hydrogène terrestre suggère que l'eau a été en grande partie apportée au cours d'impacts avec des objets célestes qui ont eu lieu après la formation de la Terre et sans doute après l'impact ayant donné naissance à la Lune. Les impacteurs auraient été des planétisimaux composés en partie de glace d'eau similaires aux astéroïdes circulant sur la bordure externe de la ceinture d'astéroïdes.

Extinction Permien-Trias (-242 millions années)

L'extinction Permien-Trias, qui a eu lieu il y a environ 242 millions d'années, est généralement attribuée à un impact cosmique. Cet évènement aurait fait disparaitre 90 % de toutes les espèces[23] et il fallut 30 millions d'années à la faune et la flore pour récupérer une biodiversité comparable[24].

Fin des dinosaures et début de l'ère des mammifères (-66 millions années)

Le plus connu des impacts, qui subsiste à l'état de trace, est le cratère de Chicxulub (180 kilomètres de diamètre situé au Mexique), provoqué par la collision entre la Terre et un objet de plus de 10 kilomètres de diamètre il y a 66 millions d'années. La catastrophe résultante serait à l'origine de l'extinction massive du Crétacé Tertiaire qui a entrainé la disparition d'une grande partie des espèces animales dont les dinosaures[25].

Autres impacts cosmiques notables

Cratère Barringer (Meteor Crater)

En 2014 on avait identifié environ 140 cratères d'impact à la surface de la Terre :

Des impacts préhistoriques plus récents sont théorisés par l'Holocene Impact Working Group (de)[26].

Impacts cosmiques sur les autres corps du Système solaire

Comme la Terre, tous les corps du système solaire ont été soumis depuis sa formation à un bombardement régulier par des astéroïdes et des comètes. La Terre est particulière en ce que sa surface est en permanence soumise à d'intenses phénomènes d'érosion liés à l'écoulement de l'eau, et refaçonnée par la tectonique des plaques. Les autres planètes rocheuses (Mars, Vénus et Mercure), les satellites rocheux ou constitués de glace, ainsi que les planètes mineures, subissent aussi, à des degrés divers, des processus d'effacement des cratères d'impact, mais conservent généralement les traces de bombardements très anciens.

Lune

De la formation de la Lune il y a 4,5 Ga (milliards d'annĂ©es) jusque vers 3,2 Ga (fin de l'essentiel de son activitĂ© gĂ©ologique), une partie de ses cratères d'impacts ont Ă©tĂ© recouverts, donc effacĂ©s, par des Ă©coulements de laves, surtout dans les mers, mais aussi au fond de certains grands cratères. Le seul processus d'Ă©rosion actif jusqu'Ă  aujourd'hui est constituĂ© par les impacts cosmiques eux-mĂŞmes (oblitĂ©ration par des cratères de taille comparable ou supĂ©rieure, Ă©moussement des reliefs par les micromĂ©tĂ©orites). Sur les terres, qui n'ont pas connu d'Ă©panchements volcaniques, ce processus a conduit Ă  une saturation de la surface par les cratères (absence de surface vierge d'impacts, effacement des petits cratères les plus anciens par des cratères ultĂ©rieurs).

On estime Ă  environ 300 000 le nombre de cratères de plus de km de largeur sur la seule face cachĂ©e de la Lune[27]. Les impacts les plus importants, y compris Nectaris, Imbrium et Orientale, sont des structures caractĂ©risĂ©es par de multiples anneaux de matĂ©riaux soulevĂ©s, entre des centaines et des milliers de kilomètres de diamètre et associĂ©s Ă  un large tablier de dĂ©pĂ´ts d'Ă©jectas qui forment un horizon stratigraphique rĂ©gional[28]. L'absence d'atmosphère, de conditions mĂ©tĂ©orologiques et de processus gĂ©ologiques rĂ©cents font que nombre de ces cratères sont bien prĂ©servĂ©s. Bien que seuls quelques bassins Ă  anneaux multiples aient Ă©tĂ© datĂ©s avec certitude, ils sont utiles pour attribuer des âges relatifs. Comme les cratères d'impact s'accumulent Ă  un rythme presque constant, le comptage du nombre de cratères par unitĂ© de surface peut ĂŞtre utilisĂ© pour estimer l'âge de la surface. Les âges radiomĂ©triques des roches fondues par impact recueillies lors des missions Apollo se situent entre 3,8 et 4,1 milliards d'annĂ©es, ce qui a Ă©tĂ© utilisĂ© pour proposer un Grand bombardement tardif des impacts[29].

Mars

La présence d'une atmosphère comme sur Mars empêche les plus petits impacteurs de toucher le sol. Par ailleurs la proximité de la ceinture d'astéroïdes place Mars dans une position particulière[30]. Mars est largement recouverte de cratères d'impact dont les plus grands sont le bassin d'Argyre (600 km de diamètres) et le bassin d'Hellas (2100 km), qui est sans doute le plus grand bassin d'impact du système solaire. Mais contrairement à la Lune, certaines régions de Mars ont subi deux rajeunissements successifs liés au volcanisme (fin du Noachien et fin l'Hespérien) qui ont effacé les cratères plus anciens[30].

Impacts contemporains

Sur Terre

Des impacts parfois spectaculaires sont régulièrement observés depuis le début du vingtième siècle.

Toungouska

La forêt a été couchée sur des centaines de km2 dans la Tougounska

Le , un astĂ©roĂŻde ou une comète a explosĂ© au-dessus de la SibĂ©rie centrale, en Russie impĂ©riale, Ă  une altitude de 8,5 km. L'impacteur avait un diamètre estimĂ© entre 45 et 70 mètres. L'Ă©nergie dĂ©gagĂ©e par l'explosion a Ă©tĂ© estimĂ©e Ă©quivalente Ă  environ 10 mĂ©gatonnes de TNT[31].

Méditerranée

Le , un objet dont le diamètre Ă©tait d'environ 10 mètres est entrĂ© dans l'atmosphère terrestre. L'objet a explosĂ© au-dessus de la mer MĂ©diterranĂ©e, entre la Grèce et la Libye. L'Ă©nergie crĂ©Ă©e par l’explosion a Ă©tĂ© estimĂ©e Ă  26 kilotonnes de TNT[32].

Soudan

Le , des scientifiques calculent que l'astĂ©roĂŻde 2008 TC3 allait entrer en collision avec la Terre le au-dessus du Soudan Ă  2 heures 46 minutes UTC[33] - [34]. L'astĂ©roĂŻde pĂ©nètre dans l'atmosphère terrestre Ă  la vitesse de 12,4 km/s et sous une incidence presque rasante de 20°. Sa taille est comprise entre 2 et 5 mètres et son Ă©nergie cinĂ©tique est d'environ 1 kilotonne. La pĂ©nĂ©tration dans l'atmosphère est observĂ©e Ă  l'altitude 65,4 kilomètres et l'astĂ©roĂŻde explose moins de deux secondes plus tard Ă  une altitude de 37 kilomètres[35]. Sa trajectoire le fait passer au-dessus du nord du Soudan et il tombe dans une rĂ©gion presque inhabitĂ©e[36] - [37] - [38]. Ă€ la suite de l'impact, la fouille systĂ©matique des lieux de l'impact est effectuĂ©e. Courant 2008 47 fragments, reprĂ©sentant une masse totale de 3,955 kg, avaient Ă©tĂ© retrouvĂ©s[39].

Tcheliabinsk

Astéroïdes de 1 à 20 mètres ayant frappé la Terre entre 1993 et 2014. La plupart se sont complètement désintégrées dans l'atmosphère.

Le superbolide de Tcheliabinsk a été observé dans le ciel du sud de l’Oural, au-dessus de l’oblast de Tcheliabinsk, le matin du à environ 9 h 20.

D'un diamètre de 15 Ă  17 m et d’une masse estimĂ©e de 7 000 Ă  10 000 tonnes, le bolide s’est en partie dĂ©sintĂ©grĂ© dans l’atmosphère, Ă  environ 20 kilomètres d’altitude, provoquant d'importants dĂ©gâts matĂ©riels et plus d'un millier de blessĂ©s principalement par les bris de verre[40].

Mercure

À la fin de sa mission le , la sonde MESSENGER s'est écrasée sur Mercure.

Lune

Plusieurs impacts sur la Lune ont été observés depuis la Terre. Le plus important à cette date est celui du 11 septembre 2013.

Mars

La comète Siding Spring avait initialement une probabilité non nulle de s'écraser sur la planète rouge ; cependant la comète passera suffisamment loin de la planète. Une importante pluie de météorites devrait néanmoins être visible par les instruments au sol et en orbite autour de Mars, avec un risque de dégâts dus à l'impact de fragments de l'objet.

Jupiter

Plusieurs impacts ont été vus sur Jupiter, dont le plus marquant reste celui de la comète Shoemaker-Levy 9 en .

Saturne

À la fin de sa mission le , la sonde Cassini a plongé dans l'atmosphère de Saturne pour s'y désintégrer.

Évitement ou mitigation des impacts cosmiques

La menace constituĂ©e par les impacts cosmiques a commencĂ© Ă  ĂŞtre prise en compte aux États-Unis Ă  la fin des annĂ©es 1990. Des campagnes d'observation menĂ©es Ă  l'aide de tĂ©lescopes basĂ©s sur Terre sont menĂ©es depuis cette Ă©poque. Par ailleurs la NASA dĂ©veloppe deux missions spatiales chargĂ©es de limiter le risque : NEO Surveyor est un observatoire spatial consacrĂ© pour la première fois Ă  la dĂ©tection de ces objets (date de lancement vers 2026) tandis que DART (lancement en 2021) doit tester la mĂ©thode de l'impacteur pour dĂ©vier un astĂ©roĂŻde sur une trajectoire de collision avec la Terre. Les programmes d'observation dĂ©tectent chaque annĂ©e plus de 2 000 nouveaux objets gĂ©ocroiseurs : en , le nombre total de ces objets atteignait le chiffre de 21 000 dont une centaine de comètes (NEC, Near Earth Comets) le solde Ă©tant constituĂ© d' astĂ©roĂŻdes gĂ©ocroiseurs (NEA, Near Earth Asteroids). Le recensement des objets les plus gros (plus d'un kilomètre de diamètre) est pratiquement achevĂ© mais seulement 40 % des astĂ©roĂŻdes de plus de 140 mètres ont Ă©tĂ© dĂ©couverts.

Culture et société

Fiction

L'impact cosmique est le thème central de plusieurs films catastrophes américains sortis en 1998 : Armageddon et Deep Impact. La sortie de ces films n'est sans doute pas sans rapport avec la collision spectaculaire de la comète Shoemaker-Levy 9 avec la planète géante Jupiter qui eut lieu en .

Notes et références

Notes

  1. ce qui exclut les planètes géantes gazeuses.
  2. En fait, cette formule dépend de la forme exacte de l’astéroïde ; par exemple, pour un corps sphérique, il faut diviser par 4.

Références

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Voir aussi

Bibliographie

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Articles connexes

Liens externes

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