Des dizaines de milliers d’astéroïdes – à notre connaissance – errent dans notre système solaire. Il s'agit de composantes constituées de métal, de silicates et de glace laissées par les planètes (Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) et leurs lunes à l'époque où elles s'assemblaient.
La plupart du temps, les astéroïdes tournent tranquillement autour du Soleil, mais il arrive qu'ils entrent en collision les uns avec les autres ou avec les planètes et leurs lunes. Un astéroïde qui heurte une surface planétaire est appelé météorite. Lorsqu'une météorite se déplace à une très grande vitesse, entre 10 et 70 km par seconde, la collision libère une énorme onde d'énergie qui va laisser quelque chose sur la surface de la planète.
Ces cratères de météorite ou d'impact apparaissent comme des cicatrices. Certaines planètes sont plus marquées que d'autres par les cratères : la Lune est couverte de milliers de cratères, mais la Terre ne compte que 200 cratères météoritiques confirmés. Il y a plusieurs raisons à cela. Tout d'abord, les météorites ralentissent ou se consument dans l'atmosphère avant d'atteindre la surface. Deuxièmement, 70 % de la Terre est recouverte d'eau, ce qui fait que nous ne pouvons voir les cratères que sur la terre ferme. La Terre possède également des plaques tectoniques, qui se déplacent et renouvellent constamment sa surface.
Je suis géoscientifique et j'étudie les cratères d'impact. J'ai visité 10 des sites de cratères confirmés de la Terre, dans des endroits aussi divers que la jungle amazonienne, le cercle polaire arctique, l'Europe centrale et l'Afrique du Sud. J'ai même étudié des échantillons lunaires collectés par les missions Apollo.
La formation de cratères d'impact est l'un des processus cosmiques les plus fondamentaux. Elle est responsable de la croissance des objets planétaires par accrétion (accumulation de masse). Par exemple, la Lune a été créée à la suite d'une collision entre la Jeune-Terre et une planète plus petite, Théia.
Il a été prouvé que l'extinction des dinosaures a été causée par un impact massif. L'étude des cratères d'impact peut donc nous aider à mieux comprendre l'évolution de la Terre et de la vie, ainsi que son destin potentiel.
Étudier les impactites
J'ai déménagé dans la province de l'État libre en Afrique du Sud après avoir soutenu ma thèse de doctorat à l'université autrichienne de Vienne. Le site géologique le plus proche et le plus intéressant était le cratère d'impact de Vredefort. C'est la plus ancienne et la plus grande structure d'impact connue au monde, datant d'environ 2 milliards d'années et s'étendant sur un diamètre de 180 à 300 km.
Avec d'autres chercheurs, j'ai visité Vredefort plusieurs fois par an pour collecter diverses données. La recherche sur les cratères d'impact me permet de combiner deux de mes grandes passions : la pétrologie métamorphique (comment les roches peuvent changer de nature) et la déformation des minéraux (comment ils changent de forme et de structure sous l'effet d'une contrainte).
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Que se passe-t-il donc lors de la formation d'un cratère d'impact ? Une combinaison de chaleur intense (atteignant des milliers de degrés Celsius) et de pression (des millions d’atmosphères) au moment où la météorite frappe la surface de la planète. La météorite est détruite et une partie de la cible s'évapore.
Ce point de collision est ce que l'on appelle un cratère d'impact. Le sol autour et en dessous de ce cratère est rempli de roches appelées impactites. Ces roches ne se trouvent nulle part ailleurs : les impactites ne sont pas formées par des processus naturels, mais uniquement par des impacts de météorites. Des caractéristiques de déformation uniques se forment dans les minéraux qui se trouvaient déjà à la surface de la planète.
Parfois, de nouveaux minéraux sont découverts, comme la coesite et la stishovite, qui sont obtenues à partir des modifications à haute pression du quartz et de la reidite, qui est une modification à haute pression du zircon. L'autre est un diamant d'impact, appelé lonsdaléite.
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Une technologie de pointe
L'étude des impactites n'est évidemment pas aussi simple que de les observer à l'œil nu ou de les placer sous un microscope normal. Une technologie appelée microscopie électronique en transmission (MET) est à l'origine des dernières recherches dans ce domaine. Elle est utilisée depuis quelques décennies, mais sa qualité et sa précision se sont considérablement améliorées ces dernières années.
La MET permet d'observer les micro et nano-structures des impactites à une résolution incroyablement élevée. À l'aide d'échantillons minces et spécialement préparés, il est possible de caractériser des éléments dont la taille ne dépasse pas quelques nanomètres - soit environ 1/10 000e du diamètre d'un cheveu humain - en termes de composition, de forme, de structure cristalline et de relation avec l'environnement. Les molécules individuelles et leurs motifs dans les cristaux peuvent être reconnus et imagés. Nous pouvons même identifier le minéral que nous regardons en analysant l'arrangement des molécules.
Cette technologie ouvre la voie à un monde entièrement nouveau pour l'étude des impactites. Nos analyses à petite échelle révèleront de plus en plus les immenses secrets de l'Univers.