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ROTH Olivier
SOGUET Céline
SAVARY Matthieu
De BAZILLAC Mirabelle
en Ts, 2003/2004

ou comment la chute d’une météorite pourrait-elle modifier la vie sur Terre ?

Introduction

I / Etude préliminaire
A. Les différents termes
B. Nature et origines
C. Dynamiques

II / Comment les météorites pourraient-elles avoir un effet positif sur la biosphère ?
A. La théorie de " panspermie "
B. Problèmes et évolutions de cette théorie

III / Comment les météorites pourraient-elles avoir un effet négatif sur la biosphère ?
A. Extinction massive et traces météoritiques
B. Des catastrophes en chaîne

Conclusion

Annexes : Lexique, Bibliographie

Introduction

Les scientifiques estiment que toutes les trente secondes, une météorite de 1 millimètre de diamètre tombe sur Terre. Une météorite de 1 mètre de diamètre frappe la Terre environ une fois par an. De plus grosses, dont le diamètre est supérieur à 100 mètres, tombent sur Terre tout les 1000 ans environ, et des météorites de 10 kilomètres de diamètre ou plus, tout les 100 millions d’années.
Ces corps célestes intéressent particulièrement le grand public, notamment au sujet de la disparition des dinosaures, qui est souvent associée aux météorites. Nous pouvons nous demander ce qui motive cette théorie, et à partir de là, réfléchir à l’impact sur la vie de la chute d’une météorite sur notre planète. Comment la chute d’une météorite pourrait-elle modifier la vie sur Terre ?

Nous distinguerons deux parties pour notre travail : les conséquences positives, et les conséquences négatives sur notre biosphère, c’est-à-dire sur la vie sur Terre, de la chute d’une météorite. Mais tout d’abord, une étude préliminaire s’impose, pour mieux cerner l’objet de notre étude, et nous faire une idée claire sur la nature et les dynamiques des météorites. Il faut ajouter que tous les détails de la partie I ne seront pas utilisés dans les parties II et III, car nous nous pencherons alors sur les météorites du point de vue de leurs rapports à la biosphère.

Note sur le diaporama : Le diaporama PowerPoint sera utilisé lors de la présentation orale. Il servira de support à nos explications, en reprenant les éléments les plus importants développés dans ce dossier. Il ne vise pas à reprendre tout en détail, mais constitue un support visuel que nous avons jugé utile d’intégrer à notre TPE. Au cas où vous rencontreriez des problèmes de lecture, notamment pour la vidéo, elle est visionnable directement dans le dossier TPE – Météorites et Biosphère, puis dans le dossier Images et vidéo, sur le CD joint à ce dossier.

I / Etude préliminaire
A. Les différents termes
On constate que beaucoup de termes sont parfois confondus lorsque le thème des météorites est abordé, c’est pourquoi il est nécessaire de préciser quelques définitions. D’autres définitions (mots en italique) pourront être trouvées dans le lexique, à la fin de ce dossier. L’objet, que l’on nomme météorite lorsqu’il est tombé sur Terre, porte plusieurs noms selon son altitude : il y a tout d’abord le météoride qui est un corps céleste se trouvant dans l’espace. Celui-ci prend alors le nom de météore lorsqu’il devient lumineux (quand il traverse l’atmosphère), puis une météorite en touchant le sol. Mais notons que dans la pratique, le mot météorite est souvent utilisé pour un autre, même dans le monde scientifique. - Météroide : objet dont le diamètre est inférieur à 1mètre. Il circule à plus de 85 kilomètres d’altitude. (voir schéma ci-contre)
- Météorite : fragment de corps céleste qui tombe sur la Terre ou sur un astre quelconque.
 - Météore : météoride dont la traînée hydrodynamique provoque une trace lumineuse entre 50 et 85 kilomètres d’altitude.
 - Astéroïde : petite planète du système solaire de quelques centaines de km de diamètre. Ils sont aussi appelés planétoïdes. Ils désignent aussi des corps célestes de plus de 50 mètres de diamètre entrant en collision avec la Terre. En effet, pour les très grosses météorites, on parle souvent d’astéroïdes.
 - Comètes : astres qui parcourent le système solaire et qui, à proximité du soleil, s’échauffent et se vaporisent, libérant des gaz et des poussières.

- Bolide : météoride qui parvient au voisinage de la Terre sans être désintégré.
- Etoile filante : météoride dont le passage dans l’atmosphère terrestre se signale uniquement par un trait de lumière. Elle atteint rarement le sol et est très fréquente.

B. La classification
Pour classer les météorites, les scientifiques utilisent des critères chimiques, minéralogiques et pétrographiques car la variété des météorites connues est très grande. Les météorites sont classées en deux catégories principales, les différenciées et les non différenciées.
Observons tout d’abord le schéma de la différenciation (ci-contre). Le planétoïde est différencié, ou non, avant d’être brisé en plusieurs fragments par des chocs avec d’autres corps célestes. Nous trouvons donc sur Terre des fragments provenant de la croûte, du manteau ou du noyau d’un planétoïde différencié. Ce sont des météorites différenciées.
Mais nous trouvons également des fragments provenant d’un planétoïde non différencié. Ce sont les météorites non différenciées. Le schéma ci-dessous décrit les différents types de météorites différenciées, et les différents types de météorites non différenciées.

C. Dynamique de la chute d’une météorite 
L’entrée dans l’atmosphère

Un météoride pénètre dans l’atmosphère terrestre à une vitesse qui oscille entre 12 et 72 kilomètres/seconde. Il s’agit d’une vitesse supérieure à cinq fois la vitesse du son, capable de conduire l’objet jusqu’aux couches les plus basses de l’atmosphère. Il ne reste de la traversée de l’atmosphère, pour la plupart des météorites, que des petits corps ou une lumière éphémère. C’est au cours de sa traversée de l’atmosphère que la météorite subit des frottements qui vont modifier son aspect (plus la masse de la météorite est grande plus ils sont importants). La température très élevée (plusieurs milliers de degrés) que peut atteindre la météorite lors de cette traversée conduit le plus souvent à sa fragmentation. On distingue trois scénarios possibles.
- La météorite traverse l’atmosphère et se désintègre sans arriver au sol (étoiles filantes).
- Elle traverse l’atmosphère et tombe à sa surface sans être entièrement désintégrée.
- Elle traverse l’atmosphère et explose littéralement sous l’effet de la pression.
La surface de la météorite ou des fragments, présentent des traces de ces modifications : pellicule noire inférieure à 1 millimètre appelée croûte de fusion, caractéristique des météorites. Elle laisse également dans son sillage une traînée de matière ionisée, de vapeurs et de poussières, qui pourra persister plusieurs minutes après la chute. De plus, la masse de la météorite diminue continuellement. Vers une altitude de 20 kilomètres, les derniers fragments, s’ils n’ont pas été désintégrés, n’ont plus une vitesse suffisante pour maintenir l’incandescence.

L’énergie du phénomène

Les météorides et les astéroïdes de grandes tailles qui frappent le sol d’une planète avec violence vont, sous l’effet du choc, creuser des cratères. Au moment du choc, les roches de la zone d’impact sont soumises à une pression très élevée qui se propage dans le sol sous la forme d’une onde de choc. Une fois l’onde passée, le sol comprimé se détent, du matériel est éjecté hors du site d’impact (éjectas) et il y a donc formation d’un cratère.
La taille des cratères observés prouve que la chute d’une météorite est accompagnée d’une énergie considérable. En effet, un corps de 10 mètres de diamètre a l'énergie cinétique de 5 bombes atomiques comme celle d'Hiroshima. De plus, l'onde de choc peut aussi causer des dégâts considérables. Le graphe suivant permet de se faire une idée de l’énergie libérée lors du choc, en la comparant notamment avec l’explosion de millions de tonnes de TNT.

II / Comment les météorites pourraient-elles avoir un effet positif sur la biosphère ?

A. La théorie de " panspermie "
On trouve dans l’espace interstellaire tous les éléments de base du vivant : le carbone, l’hydrogène, l’oxygène et l’azote.
Certains scientifiques répondent donc à la question de l’apparition de la vie sur Terre par l’hypothèse suivante : une pluie de météorites aurait ensemencé notre planète en y apportant les germes d’une vie extraterrestre, évoluant vers les formes de vie complexes dont nous sommes issus. Cette théorie est appelée " panspermie ". Notons qu’il y a 4 milliards d’années, les pluies de météorites étaient 100000 fois plus importantes qu’aujourd’hui. En effet l’espace proche de la Terre était alors encombré des restes de la formation du système solaire.
En 1910, le physicien Paul Becquerel démontre que les germes nécessaires au développement d’une vie complexe ne peuvent effectuer seuls des voyages interplanétaires sans être détruit par les rayons ultraviolets. Mais alors des corps célestes permettent-ils de les protéger ?
En 1961, les biologistes et géochimistes Claus et Nagy détectent dans une météorite des structures microscopiques organisées, elle renfermait de nombreux composés organiques, y compris des acides aminés, dont l’origine extraterrestre a été démontrée. De plus des astronomes ont découvert 14% de matière organique dans les débris d’une comète. Ces deux observations favorisent l’hypothèse d’un apport organique sur la Terre du aux météorites.

B. Problèmes et évolutions de cette théorie
Malgré les découvertes en faveur de la théorie de " panspermie ", on constate tout de même qu’aucun organisme vivant extraterrestre n’a été trouvé dans les météorites. Autre problème, nous avons étudié l’échauffement de la météorite pendant son entrée dans l’atmosphère (sa surface atteignant environ 3000°C) et constaté qu’elle pouvait subir un rétrécissement notable de sa taille. Sachant que les acides aminés se décomposent à partir de 300°C, ces deux observations peuvent à elles seules remettre en cause la théorie que nous étudions. On pourrait penser que les météorites les plus petites protégent moins bien d’éventuels composés organiques. Au contraire, on a découvert que ce sont les plus aptes à les préserver, la violence du choc avec la surface terrestre étant moins forte dans le cas des plus petites météorites. De plus, l’impulsion thermique qu’elles subissent lors de la décélération brutale dans l’atmosphère est plus brève (de l’ordre de la seconde).
Actuellement, deux théories s’affrontent pour expliquer l’origine de la vie sur Terre. D’un coté, on trouve les partisans de l’ensemencement de la Terre par des organismes extraterrestres. La théorie de " panspermie " sous sa première forme a été progressivement abandonnée. Ses partisans se tournent plutôt vers les micro météorites et la poussière interstellaire (deux astronomes, Fred Hoyle et Chandra Wickramasinghe, pensent avoir découvert des micro-organismes dans la poussière interstellaire mais leur découverte est très contestée dans le monde scientifique). De l’autre, ceux de l’évolution chimique, qui implique la lente évolution des matériaux inorganiques et des matériaux organiques simples présents dans l’environnement de la Terre primitive. Même si le monde scientifique penche vers une origine chimique plutôt que biologique, la contribution météoritique n’est pas exclue. Ces dernières peuvent avoir eu une conséquence considérable par l’apport de carbone, d’acides aminés, de sulfure métallique, d’oxyde d’argile… qui aurait agit comme autant de catalyseurs.
Les météorites ont-elles apporté ou contribué au développement de la vie sur Terre ?

Les recherches sur Mars et au sein des météorites se trouvent souvent rapprochées des préoccupations purement terrestres. Ainsi qu’en est-il de la météorite ALH84001 trouvée en Antarctique en 1984 ?

Il semble vraisemblable qu’elle provienne de la région de Mars et sa formation remonterait à l’époque de la création de la planète. La particularité de ALH84001 réside dans la présence de structures longiformes de 20 à 100 nanomètres (image), ressemblant à des bactéries terrestres mais 100 fois plus petites. La météorite les aurait-elle protégées durant leur voyage vers la Terre (ce qui ouvre également la question de la vie sur Mars) ?

La polémique s’installe rapidement, certains argumentant qu’il ne s’agirait pas d’éléments biologiques mais de cristaux, d’autres encore supposant une contamination terrestre durant son séjour de 13 000 ans en Antarctique ... Pour l’instant, la question reste ouverte.


III / Comment les météorites pourraient-elles avoir un effet négatif sur la biosphère ?

A. Extinction massive et traces météoritiques
On constate une extinction massive de nombreuses espèces il y 65 millions d’années. Les dinosaures ont alors complètement disparu. L’hypothèse d’une collision entre la Terre et un astéroïde est la plus répandue. Elle a été élaborée à partir de l’étude de la composition chimique de la couche argileuse qui caractérise le passage entre le secondaire et le tertiaire (fin du Crétacé). Cette strate mesure quelques centimètres d’épaisseur. En 1979, des chercheurs ont découvert que cette couche était particulièrement riche en iridium, métal rare dans la couche terrestre, mais souvent présent dans les roches météoritiques, et ce en grande quantité. La présence de ces anomalies s’expliquerait par la collision entre la Terre et une météorite d’une dizaine de kilomètres de diamètre.

La présence de quartz choqué (seuls les impacts météoritiques et les explosions nucléaires permettent d'atteindre les pressions gigantesques nécessaires pour former ce type de quartz) découvert en 1984 par des minéralogistes constituerait une autre trace tangible de l’impact. En effet, on a constaté que ces minéraux étaient en grande quantité dans la couche anormalement riche en iridium. D’ailleurs, ce type de quartz a effectivement été observé au voisinage des grands cratères d’impact connus sur la Terre. Enrichissement en iridium et quartz choqué sont donc des témoins chimiques et physiques de cet événement inhabituel dans l’histoire de la Terre.

B. Des catastrophes en chaîne
La météorite responsable de ce désastre, si c’est une météorite bien sûr, serait tombée au niveau du Mexique actuel.En effet, en 1981, deux géologues ont mis en évidence une structure circulaire d’environ 180 kilomètres de diamètre, sur la localité côtière de Chicxulub (prononciation : Tschik-chou-loub).
L’interprétation de cette structure comme étant le résultat d’un impact, fut confirmée seulement dix ans plus tard. L’hypothèse de l’impact a depuis été renforcée par la découverte de traces de raz de marées sur les îles de Cuba et d’Haïti, et de dépôts provenant d’un raz de marée, à l’intérieur de la côte des Etats-Unis, bordant le Golfe du Mexique (ce point sera un peu plus dévéloppé dans le diaporama grâce à un schéma présentant les traces de cet impact au niveau régional).
Cet événement catastrophique, considéré comme responsable des nombreuses extinctions marquant cette période, aurait provoqué la projection dans l’atmosphère d’une énorme quantité de poussière. Parvenue dans la haute atmosphère, cette poussière, issue à la fois de la croûte terrestre et du bolide, entraînent un obscurcissement généralisé. Privé d’énergie solaire, les organismes photosynthétiques (vivant grâce à la photosynthèse) c’est-à-dire les plantes terrestres, auraient été décimées, ce qui aurait provoqué une interruption des chaînes alimentaires. Au bout de plusieurs années, les poussières se seraient déposées à peu près uniformément à la surface de la planète, ce qui aurait donc formé cette couche chimiquement originale, riche en iridium. Parmi les autres effets possibles de cet événement, on a souvent évoqué une élévation de la température lors de l’impact, provoquant des feux de forêts d’ampleur continentale, puis une baisse considérable de cette température due à l’obscurcissement de l’atmosphère, un empoisonnement de l’air et des océans.
Mais des interrogations demeurent. Quelle que soit l’origine des anomalies chimiques et physiques qui sont observées à la limite Secondaire/Tertiaire, il faut souligner qu’aucune hypothèse n’explique encore dans le détail comment les phénomènes proposés ont provoqué les extinctions biologiques de cette époque. De plus, l’impact fut-il unique ou non ? Des indices ont en effet récemment été relevés qui suggèrent l’impact contemporain d’un corps mesurant peut-être deux kilomètres dans l’Océan Pacifique, ainsi que d’un autre objet, plus grand encore dans l’Océan Indien. Il est toutefois prématuré de discuter de ces éléments encore mal établis.


C o n c l u s i o n

A travers cette étude, nous avons montré qu’il pouvait y avoir des effets à la fois bénéfiques mais aussi néfastes pour la biosphère. En effet, après avoir défini différents termes qui caractérisent certains objets extraterrestres, exposé les principales caractéristiques de la chute d’une météorite, et analysé les dynamiques de ce phénomène, nous avons étudié les effets positifs de cette chute sur la biosphère, plus particulièrement en analysant la théorie de " panspermie ". Enfin, en prenant pour support l’extinction massive que la planète a connu il y a 65 millions d’années, nous avons abordé les effets néfastes d’un impact sur la biosphère. Mais il faut savoir que les chances que l’espèce humaine disparaisse à cause d’une météorite sont infimes (il n’y a qu’une chance sur 100 000 que la Terre soit frappée par un objet susceptible de détruire la biosphère durant les 100 prochaines années). Finalement, les météorites sont plus intéressantes pour les scientifiques, que dangereuses pour la vie sur notre planète.

A n n e x e s

L e x i q u e

Pétrographique : ce qui est relatif à la branche de la géologie, qui a pour objet la description et la systématique des roches.

Hydrodynamique : partie de la mécanique des fluides qui s’applique aux liquides, étudie les lois régissant leurs mouvements et les résistances qu’ils opposent aux corps qui se meuvent par rapport à eux.

Astre : Corps céleste.

Ravinement : formations de sillons (ou ravines) par les eaux de pluie, notamment sur les pentes déboisées des reliefs.

TNT : Trinitrotoluène, constituant d’un explosif particulièrement puissant.

Acide aminé : aminoacide, constituant principal des protéines.

Catalyseurs : substance qui modifie la vitesse d’une réaction chimique.

Quartz : silice cristallisée que l’on trouve dans de nombreuses roches (silice = oxyde de silicium).

Iridium : métal blanc extrêmement dur.

Composé organique : Un composé organique est par définition composé d'atomes de carbone.  La chimie organique étudie la chimie du carbone et de ses combinaisons. Dans une définition plus ancienne, la chimie organique avait pour objet l'étude des molécules des organismes vivants (végétaux ou animaux), en opposition avec les minéraux " inertes " composant le sol ou l'atmosphère = matériaux inorganiques.

B i b l i o g r a p h i e

 Sites internet
 http://www2.cnrs.fr/presse/communique/130.htm
http://perso.wanadoo.fr/groupejarc/chassenon/chute.htm

 Livres & revues scientifiques
Science et Vie N°966
La Recherche N°326
Eureka N°23 et N°47
L’encyclopédie du climat (William J. Burroughs)