Astrophysique

Rosetta lève le voile sur les origines de l’eau

Les trois quarts de la surface de la Terre sont recouverts d’eau. Mais d’où vient-elle? Les premiers résultats des relevés effectués récemment par la sonde Rosetta sur la comète «Chury» ont été publiés mercredi. Ils révèlent que les astéroïdes, plus que les comètes, auraient amené l’eau sur notre planète 800 millions d’années après sa formation

Rosetta lève le voile sur l’origine de l’eau

Astrophysique Embarqué sur la sonde spatiale, l’instrument bernois Rosina a livré une première moisson de résultats

Tout semble indiquer que l’eau des océans ne provient pas des comètes, mais plutôt des astéroïdes

On appelle la Terre la planète bleue, et pourtant on en sait si peu sur l’eau qui recouvre 70% de sa surface. D’où vient-elle au juste, cette eau? Un élément de réponse vient d’être apporté grâce aux relevés effectués le mois dernier lors de la mission Rosetta, du nom de cette sonde qui est partie à 500 millions de kilomètres de la Terre afin d’étudier la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, ou «Chury». Publiées en ligne mercredi soir par la revue Science , les conclusions des scientifiques sont formelles: l’eau telle qu’on la connaît sur Terre ne peut provenir des comètes de la famille de «Chury».

«Nous savions que l’analyse, sur place, de cette comète par Rosetta réserverait des surprises dans le domaine de la recherche sur le Système solaire», a déclaré mardi Matt Taylor, responsable scientifique de la mission, lors d’une conférence de presse à l’Université de Berne. Le choix de l’endroit ne doit rien au hasard: c’est là qu’a été imaginé et développé l’instrument Rosina, le «nez» électronique de la sonde, à qui l’on doit cette première salve d’«importants résultats scientifiques», selon le responsable scientifique.

Rosina, c’est un spectromètre de masse qui analyse la composition chimique du panache de la comète. Il avait déjà fait parler de lui lorsque la sonde Rosetta s’était mise en orbite autour de «Chury», en octobre dernier. Ce nez avait en effet pu «renifler» les cheveux de la comète. Son verdict: avec des arômes d’œuf pourri, d’alcool et d’écurie, «Chury»… ne sent pas très bon. «Je ne viens pas pour vous parler des odeurs, mais de l’eau contenue dans la comète», a averti avec humour Kathrin Altwegg, physicienne à l’Université de Berne et principale responsable de Rosina.

L’énigme de l’origine de l’eau sur Terre est encore largement débattue au sein de la communauté scientifique. Une théorie suggère que les océans se sont formés suite à un dégazage massif des magmas volcaniques, ce qui aurait enrichi l’atmosphère en vapeur d’eau. Mais elle tend à être abandonnée, «la température de la Terre après sa formation il y a 4,6 milliards d’années ayant été très certainement trop élevée, de l’ordre de 250 °C», précise Kathrin Altwegg. L’hypothèse la plus en vue actuellement propose que des corps célestes aient ramené l’eau sur Terre environ 800 millions d’années après sa formation, lors d’une période d’intenses bombardements. «La difficulté, c’est de savoir quels corps célestes ont pu amener l’eau sur Terre, commente Georges Meynet, de l’Observatoire de l’Université de Genève. S’agit-il des lointaines comètes ou des proches astéroïdes?»

Pour ne rien faciliter, il existe deux grandes familles de comètes. Une première est créée peu avant l’orbite de Neptune, avant de migrer très loin, aux confins du Système solaire, dans le nuage d’Oort. Un autre groupe prend forme au-delà de l’orbite de Neptune, dans une région nommée la ceinture de Kuiper. C’est de là que vient la comète «Chury».

Astéroïdes, comètes du nuage d’Oort ou de la ceinture de Kuiper… pour les astrophysiciens, difficile de savoir quels corps célestes ont amené l’eau sur Terre, et dans quelles proportions. Pour le savoir, ils disposent néanmoins d’un outil puissant qui consiste à comparer la composition chimique de l’eau des océans avec celle provenant des corps célestes.

On connaît tous la formule H2O pour l’eau: un atome d’oxygène et deux atomes d’hydrogène. Mais on connaît moins celle de l’eau dite mi-lourde, HDO, qui substitue un atome de deutérium à un hydrogène. Ces deux atomes sont très semblables, si ce n’est que seul le premier possède un neutron, ce qui double sa masse. Cette eau mi-lourde est rare, et représente environ 0,0156% de l’eau des océans, un ratio que les physiciens appellent le rapport D/H, et qu’un ­instrument tel que Rosina peut facilement mesurer. Les astrophysiciens utilisent cette particularité pour traquer l’origine de notre eau. Si un astéroïde ou une comète possède le même rapport D/H que les océans, c’est qu’un corps céleste du même type a sans doute amené de l’eau sur notre planète.

Voilà pour la théorie. Car dans la pratique, c’est plus compliqué, à commencer par la mesure de l’eau des comètes. Le premier relevé en situation réelle date de 1986, lorsque la sonde européenne Giotto a survolé la célèbre comète de Halley et déterminé que son rapport D/H était deux fois plus élevé que celui de nos océans. Halley provenant du nuage d’Oort, les résultats de Giotto ont ainsi éliminé ces candidates potentielles. Il restait toutefois à refaire ces mesures dans les comètes de l’autre groupe, celles de la ceinture de Kuiper.

C’est chose faite depuis 2011, grâce au télescope spatial européen Herschel, qui a observé la comète Hartley 2. A l’époque, ces résultats avaient fait grand bruit: l’eau de Hartley 2 est rigoureusement la même que celle de nos océans, suggérant qu’enfin, on savait qui remercier pour nous avoir fournis en eau.

Mais les résultats obtenus par Rosetta, effectués au plus près de la comète, viennent directement contredire ces conclusions. Car d’après Rosina, l’eau de «Chury», pourtant issue du même groupe que Hartley 2, est bien différente de l’eau terrestre. «Il y a trois fois plus de deutérium dans l’eau de «Chury» que dans l’eau sur Terre, c’est même l’une des valeurs les plus élevées jamais mesurées dans le Système solaire», a déclaré Kathrin Altwegg.

«On peut en tirer deux conclusions, poursuit la chercheuse. La première, c’est que ce ne sont pas les comètes, mais plutôt les astéroïdes qui ont amené l’eau sur Terre. La seconde, c’est qu’au sein de la ceinture de Kuiper, il existe des comètes bien différentes et qu’il faudra sans doute repenser notre classification de ces corps célestes, trop simpliste.»

Petit à petit, l’étau se resserre et la traque de l’eau primordiale va désormais s’orienter du côté des astéroïdes. Qui aurait cru qu’une vulgaire «boule de neige sale», surnom donné aux comètes par les astrophysiciens, contiendrait autant d’informations sur nos origines?

Rosina a mesuré que l’eau de la comète «Chury» contient trois fois plus de deutérium que l’eau sur Terre

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