L’origine de l’eau sur la Terre

Publié le 31 jan 2011 par Mélanie

 

Parmi toutes les planètes connues, la nôtre est unique, car c’est la seule à avoir de l’eau, qui couvre 70% du globe. Il y a 4,5 milliards d’années, la Terre s’est formée et constituait alors une masse plutôt inhospitalière. Grâce à l’eau, la Terre est passée d’un astre hostile à la planète bleue que nous connaissons aujourd’hui, mais qu’elle est la provenance de cette eau sur Terre?

Comment sommes-nous passés d’une planète où la vie était jadis impossible à une terre d’accueil pour toutes formes de vie? On sait beaucoup de chose sur elle, sauf d’où elle provient réellement. Comprendre l’origine de l’eau est l’une des grandes énigmes de la science. Et c’est une tâche colossale, car il faut remonter à plus de 4 milliards d’années dans l’histoire du système solaire.

Aujourd’hui encore, les scientifiques ne sont pas unanimes quant à l’origine de la présence d’eau sur Terre. Cette question fondamentale fut à l’origine de l’élaboration de nombreuses hypothèses quant à son origine. Il y a 4,6 milliards d’années, notre Soleil est une étoile qui vient de naitre, entouré d’un immense disque de gaz et de poussières. Pendant des millions d’années, il s’est condensé pour former les planètes. L’une des pistes envisagées est que l’eau aurait été apportée par des comètes venues des confins les plus froids du système solaire et composé essentiellement de glace.

Les comètes

Dès qu’on a compris que les comètes contenaient une énorme quantité de glace, il apparut raisonnable de penser qu’en frappant la Terre, elles ont apporté cette glace qui aurait fondu pour donner naissance aux océans. Pendant 600 millions d’années, la jeune Terre est bombardée par des centaines de millions de comètes. Les comètes sont des corps célestes très anciens, d’où leur intérêt. La glace qu’elles contiennent est restée inchangée depuis la formation du système solaire. Si ce sont les comètes qui ont fourni à la Terre toute son eau, alors l’eau serait plus ancienne que notre planète.

La comète de Hale-Bopp

Depuis des années, on pensait que la Terre s’était constituée sans eau. Mais cette hypothèse s’est avérée fausse. Il y a 4,4 milliards d’années, il y avait bel et bien de l’eau sur Terre! Mais savoir d’où elle provient demeure tout un défi! On doit envisager qu’elle était présente dans les éléments avec lesquels la planète s’est formée.

Comment pouvait-il y avoir de l’eau dans ces matériaux, alors qu’ils étaient soumis à une chaleur extrême. Pour le savoir, il faut retourner dans le passé de la Terre. On est remonté sur 4 milliards et demi d’années avant l’apparition des planètes. Le système solaire était constitué de grains de poussière entourés d’hélium, d’hydrogène et d’oxygène qui ont réagi pour former de l’eau. Il y avait donc en fait des poussières entourées d’eau!

Sur des millions d’années, les poussières et les gaz se condensent pour donner naissance aux planètes de notre système solaire. Loin du Soleil, Jupiter et Saturne se forment autour d’un noyau glacé. Mais l’eau peut exister sous une autre forme que la glace. Plus près du Soleil, là où il fait beaucoup plus chaud qu’à l’extrémité du système solaire, elle peut être emprisonnée dans les roches. Certain minéral, à l’apparence sec, si il est soumis à une source de chaleur, dévoile ses secrets. Il se met à libérer de l’eau. Un minéral qui a l’air parfaitement sec a le potentiel de libérer une grande quantité d’eau.

Quand le système solaire se forme, l’immense nuage de gaz et de poussières retient la chaleur du jeune Soleil. À l’endroit où nait la Terre, il fait plus de 500 degrés Celsius. Trop chaud pour que des roches qui contiennent de l’eau, les roches hydratées, puissent se former et constituer les planètes. Pourtant, peu après sa création, la Terre possède déjà de l’eau.

Et si notre toute jeune planète avait emprisonné l’eau d’une façon que nul n’avait soupçonnée! Telle l’eau qui se condense sur une surface, ce principe aurait pu s’appliquer aussi à la Terre.

Si de la vapeur d’eau avait adhéré aux grains de poussière, ceci pourrait être à l’origine des océans. C’est une hypothèse totalement nouvelle. Pour la prouver, il suffit de faire le test sur l’un principaux constituant du globe terrestre : l’olivine. C’est le matériau le plus abondant dans les planètes rocheuses. Il y en avait beaucoup dans le disque autour du Soleil il y a 4,5 milliards d’années. La question est de savoir si tous les grains d’olivine qui constituent la Terre portent de l’eau. Des tests faits par le professeur Drake, scientifique de l’Université d’Arizona, ont démontré que 30 grammes d’olivines permettent d’absorber 0,3 ml d’eau. Est-ce suffisant pour remplir les océans? Pour le savoir, il faut augmenter l’échelle des calculs. Combien d’eau une pile de grains d’olivine de la taille de la Terre peut-elle contenir? Le résultat des tests : 10 fois le volume d’eau des océans actuels! Pour le professeur Drake, quand la Terre s’est formée, elle contenait déjà des milliards de litres d’eau. Cette eau adhérait aux milliards de grains de poussière qui ont donné naissance aux planètes.

Mais cette hypothèse ne fait pas l’unanimité. Elle comporte une lacune que même le professeur Drake est incapable d’expliquer : le type d’eau. L’eau terrestre possède une signature. La proportion d’hydrogène lourd qu’elle contient. Sa source devrait donc avoir la même signature. Or, l’eau qui se serait condensée directement à partir du disque de gaz et de poussières entourant le Soleil a la même apparence et le même goût, mais renferme 6 fois moins d’hydrogène lourd. Tant qu’on n’aura pas la même proportion d’hydrogène lourd, on ne peut pas être sûr que ce processus est à l’origine des océans.

La clé de l’énigme?

Si l’eau de la Terre ne provient pas de ses matériaux de base ni des comètes, quelle est sa source? Une autre théorie détiendrait peut-être la réponse la plus plausible. Le problème est de trouver une correspondance entre l’eau sur Terre et celle qui fut présente il y a des milliards d’années dans le système solaire. Il doit manifestement y avoir quelque part dans l’espace le même type d’eau que sur Terre.

Alors que les comètes sont faites de glace et de poussières et proviennent des régions froides du système solaire, les astéroïdes eux, viennent d’ailleurs. Tournant autour du Soleil entre Mars et Jupiter, se trouvent des millions de blocs de roches et de métal qu’on appelle la ceinture d’astéroïdes. Et certains sont énormes : ils peuvent faire 300 km de large et pèsent plusieurs millions de tonnes! Ce sont en fait les résidus de la formation des planètes. Parfois ces astéroïdes se percutent et des fragments tombent sur Terre. Que peuvent nous apprendre ces voyageurs de l’espace?

Il y a une centaine d’années, on pensait qu’une planète s’était fragmentée pour former cette ceinture et que ces blocs de roches étaient totalement secs. L’examen d’une météorite au microscope révèle un tout autre tableau. En les étudiant, on s’est rendu compte que certaines contiennent un pourcentage d’eau. Mieux encore, dans certains d’entre eux, le rapport entre l’hydrogène lourd et l’hydrogène léger dans l’eau des astéroïdes est exactement le même que sur Terre. Ce serait donc de là que proviendrait l’eau de notre planète!

Comment l’eau de la ceinture d’astéroïdes s’est alors retrouvée sur Terre? Pour trouver la réponse, il faut remettre en question la formation des planètes du système solaire.

Avant lui, les chercheurs focalisaient leurs recherches sur les quatre planètes les plus proches du Soleil. Ils étudiaient comment la matière s’était condensée en des corps plus gros, pour former Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Morbidelli a adopté une démarche révolutionnaire. Étudier la formation des huit planètes du système solaire dans leur ensemble, de Mercure, la plus proche du Soleil, à Neptune, 80 fois plus éloignée du Soleil. Selon lui, le système solaire constitue un tout. On ne peut pas étudier la formation d’une de ses parties en négligeant les autres. En effet, toutes les planètes sont liées par une même force : la gravitation.

Retour sur la création du système solaire

En se développant, les planètes s’attirent les unes les autres par la force de gravité. Environ 1 million d’années après la création du Soleil, le disque de gaz et de poussières du système solaire primitif se condense en une quinzaine de minis planètes. À l’étape suivante, ces minis planètes se percutent pour en former de plus grosses. Pour les minis planètes qui se trouvent près du Soleil, il y fait trop chaud pour qu’elles aient de l’eau. Mais plus on s’éloigne, plus la température baisse. À 370 millions de kilomètres du Soleil, il fait assez froid pour que des minis planètes se forment avec des roches hydratées.

La Terre nait dans la région chaude près du Soleil et se compose des matériaux provenant de cette région, où normalement il ne devrait pas y avoir d’eau. Les minis planètes tournent autour du Soleil selon une trajectoire presque parallèle. Certaines d’entre elles entrent donc en collision pour former la Terre. Mais alors la Terre, formée de minis planètes sèches serait elle aussi très sèche. Heureusement pour nous, ce n’est pas ce qui s’est produit. En considérant le système solaire comme un tout, le scénario change. Un nouvel acteur entre en scène : Jupiter, la plus grande des planètes.

Jupiter, la plus grosse planète de notre système solaire

Dans l’histoire de la formation du système solaire actuel, Jupiter est la première planète à atteindre sa taille définitive et elle est 300 fois plus massive que la Terre. Rapidement, elle fait sentir son influence. Elle exerce alors une attraction considérable qui perturbe les orbites de ses voisines, qui était jusque-là plutôt parallèle. Les minis planètes, particulièrement celles qui sont plus éloignées du Soleil, adoptent une trajectoire plus irrégulière et finissent par se rencontrer. Cela change tout. La Terre est créée à partir de plusieurs minis planètes. Certaines sèchent, d’autres contenant de l’eau. Ce modèle explique pourquoi son eau est similaire à la ceinture d’astéroïde.

Cette théorie est aujourd’hui celle dominante pour la formation du système solaire. Mais des zones d’ombres demeurent. Pour le moment, c’est la meilleure réponse qu’on ait. Mais d’autres questions surgissent. Que devient l’eau terrestre lors des collisions incessantes que subit la planète? L’énergie dégagée par ces collisions est si grande qu’elle est capable de faire fondre la Terre. De plus, elle vaporise une partie de ses roches.

Sources multiples

L’eau sur Terre peut provenir de plusieurs sources différentes. Les comètes par exemple. Mais les analyses ont démontré qu’elles ne peuvent pas être à l’origine de toute l’eau sur Terre. On est à peu près sur qu’elles ont apporté de l’eau parce qu’on sait qu’elles ont frappé la Terre. Mais combien de comètes nous auraient frappées? Autre source possible, le système solaire. Les comètes et les astéroïdes ont pu fournir une partie de l’eau, mais cela ne suffit pas. L’essentiel a dû venir de l’absorption de l’eau par les grains de poussière avant la formation de la planète.

Ces différentes sources ont-elles pu donner assez d’eau pour permettre l’apparition de la vie? Il est impossible de déterminer leur apport respectif, car l’eau terrestre est brassée depuis plus de 4 milliards d’années et durant tout ce temps, elle ne s’est pas seulement mélangée, elle a changé. Les océans ont subi de nombreux phénomènes depuis la naissance de la Terre. La pluie, la neige, tout cela ont modifié la composition de l’eau.

L’eau la plus ancienne sur Terre

Les volcans d’Hawaii forment ce qu’on appelle un point chaud, un endroit où la lave s’écoule en permanence. Les roches des îles hawaiiennes viennent de la partie la plus profonde du manteau terrestre,  à des milliers de kilomètres sous la surface. En examinant l’eau emprisonnée dans ces roches, on examine l’eau qui provient du centre de la Terre. Si on veut déterminer la composition de l’eau présente sur Terre au moment de sa formation, c’est le seul endroit où regarder.

Grâce à l’étude de ces roches, il apparait que l’eau des profondeurs terrestres est très différente de celle des océans. Tellement différente qu’il pourrait s’agir de l’eau primordiale, inchangée depuis la naissance de la Terre.

Hawaii n’est pas le seul site étudié. Un autre point chaud est digne d’intérêt : l’Islande. Si on peut trouver des résultats précis à Hawaii, puis aller en Islande puis trouver autre chose, on aura non seulement des différences entre l’eau du manteau et l’eau de surface, mais aussi entre deux volcans situés dans des régions différentes. Il y aurait donc plusieurs sources.

Un jour, dans les entrailles de la planète, on trouvera peut-être des réservoirs d’eau primordiale tous différents. Cette découverte signifierait que notre eau possède bien plusieurs origines. Avec des conséquences remarquables.

Se demander comment la Terre a acquis son eau, s’est se demander ce qui rend une planète propice au développement de la vie. Enquêter sur l’origine de l’eau sur Terre ouvre de nouvelles possibilités, comme celle de trouver, à des millions d’années-lumière de la Terre, d’autres formes de vie.

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6 Réponses

  1. [...] L’origine de l’eau sur la Terre – Ma planète bleue [...]

  2. Marie dit :

    L’origine de l’eau, la véritable origine, est connue depuis le 15 décembre 2010.
    Tout est expliqué dans un livre gratuit sur le web.
    Voici le lien vers le chapitre de l’origine de l’eau mais je conseille de lire les explications depuis le début.
    http://www.lelivredevie.com/le-cycle-de-la-matiere/l-origine-de-l-eau.php

    Les explications sont parfaites et indémontables.
    Bonne lecture
    Marie

  3. ma couilles dit :

    je ni croi pas du tous car cela n’est point logige

  4. Mélanie dit :

    Qu’est-ce que vous ne trouvez pas logique?

  5. horri mokhtar dit :

    bonjour,
    Les trois gaz (azote, hydrogène, oxygène) existaient en même proportions, 3 volumes égaux. Le volume d’hydrogène s’est combiné en totalité avec ½ du volume d’oxygène pour former toute l’eau de la terre, ce qui explique sa presque inexistence dans l’air. Le ½ du volume d’oxygène restant a formé la couche d’ozone et le O2 respirable qui représente 21% de l’air actuellement, l’azote est connu par son inertie à réagir, ce qui explique son abondance (78% de l’air). pour les détails lire ci-dessous une page.
    A- Origine primaire de l’eau sur terre:
    La terre était à l’origine une boule de matière en fusion, elle a joué le même rôle que celui que joue le soleil actuellement c’est-à-dire une nucléosynthèse jusqu’à la formation de noyaux d’oxygène car elle a été projetée ou formée par accrétion dans un espace où l’hydrogène régnait, une fois la terre refroidie, la loi s’inverse, les atomes les plus lourds vont descendre dans des courants descendants dont les atomes (O) et les atomes légers vont s’échapper dans des courants ascendants dont les atomes (H) qui s’uniront en molécules (H2), les forces mécaniques de ces courants ascendants et descendants exercées tout autour de la terre permettent la combinaison de ces deux gaz dans des réactions chimiques explosives incessantes (la synthèse de l’eau) avec un dégagement de chaleur, toutes les eaux actuelles sur terre se sont formées ainsi, l’hydrogène a été totalement dévoré, car il s’unit à 2 volumes pour ½ volume d’oxygène, c’est ce qui explique sa presque inexistence dans l’air actuel, le ½ volume d’oxygène restant formera la couche d’ozone et le O2 , ce qui explique sa proportion(21% de l’air), l’abondance d’azote (N2) dans notre atmosphère (78%) est due à son inertie à réagir, il ne réagit qu’à 300° avec l’hydrogène pour former du NH3 dans une réaction réversible N2+3H2–>2NH3 et 2NH3–> N2+3H2, c’est-à-dire qu’il libèrera facilement l’hydrogène qui se combinera à l’oxygène pour former encore de l’eau jusqu’à son épuisement. Est il fort probable que cette température fût atteinte ou même dépassée compte tenue de la chaleur dégagée par l’exo-thermie de la synthèse de l’eau.
    (H2 + O –> H2O + chaleur), le résultat est toujours le même.

    B- L’eau de pluie (nouvelle hypothèse):

    1-La photolyse (photodissociation ou photo-décomposition) des eaux océaniques consiste en la décomposition de la molécule d’eau en molécules d’hydrogène (H2) et en atomes (O) sous l’effet de rayonnements solaires, en l’occurrence les ultraviolets. http://www.google.dz/search?q=photolyse
    2-Les molécules (H2) et les atomes (O) sont entraînés par les courants ascendants d’air chaud et sec qui engendrent une force mécanique, à laquelle s’oppose celle des courants descendants d’air froid, on assiste à une opposition de deux forces mécaniques d’où compression du volume d’air englobant un mélange d’oxygène sous forme d’atomes (O) et d’hydrogène sous forme de molécules (H2) qui tous deux agités par le fait de la compression , les frottements et l’effet des rayons solaires s’ionisent (l’hydrogène se charge d’électricité positive et l’oxygène d’électricité négative, ce dernier est d’ailleurs connu très élèctro-négatif) ; une fois un taux de compression favorable atteint, les 2 gaz se combinent dans une réaction chimique explosive (la synthèse de l’eau est explosive), ils forment de l’eau (H2O).
    3-La lumière de l’éclair nous parvient en premier (299.792.458 m/s), en second le son de l’explosion qui est le tonnerre (340 m/s) et enfin la pluie dont la vitesse de chute est inférieure à celles de la lumière et du son.
    Donc éclair+tonnerre+eau= se font au même instant en une seule opération
    Il se produit entre 2000 à 5000 orages par seconde
    http://www.planetoscope.com/atmosphere/252-nombre-d-orages-dans-le-monde.html
    Et chaque cellule orageuse peut provoquer plus de 100 éclairs par minute
    http://www.astrosurf.com/luxorion/meteo-orages3-eclairs.htm
    Cela veut dire que l’eau de pluie se forme par réaction chimique proprement dite autour de la terre 200.000 à 500.000 fois par minute, il s’agit de pluies orageuses mais il reste une quantité importante de vapeur d’eau suspendue sous forme de nuages qui entrainée par des vents formera ensuite par coalescence des pluies régulières sans éclair ni tonnerre mais l’origine initiale de sa formation reste la même.

    Si l’eau de pluie se formait comme on nous l’a appris il aurait beaucoup plu en été (puisque l’évaporation est plus importante) qu’en hiver et ce qu’on a appelé nuage de charge positive n’est autre que de l’hydrogène ionisé et nuage de charge négative de l’oxygène ionisé.

    Tout nuage est formé d’un ensemble de molécules d’eau qui sont en elles mêmes bipolaires comme dans un brouillard (parler donc de nuage positif et nuage négatif).

    La vapeur naît des chocs entre H2 et O après leur libération par photolyse mais sa durée de vie est très courte, elle subit le même sort c’est-à-dire la photo-décomposition par uv, et libère ses constituants que sont H2 et O. qui continuent leur ascension jusqu’au front froid.

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Diplômée de l'Université Laval en géographie, j'ai joint l'équipe du 89,1 FM en 2010, car je me passionne pour la vulgarisation scientifique, le journalisme et les médias.

Titulaire d'une maîtrise en sciences géographiques (dont le sujet d'étude portait sur les changements climatiques), mon intérêt pour le journalisme scientifique, la protection de l'environnement, le développement durable et la promotion des sciences m'ont poussé à créer ce site Internet.

J'espère donc pouvoir vous partager ma passion pour les sciences, la nature et l'environnement!

Mélanie Jeaninfo@maplanetebleue.com