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La Terre aurait été riche en eau dès sa formation, bien avant l'apport de météorites

D'où vient toute l'eau de la « planète bleue » ? La Terre s'appelle ainsi, car elle est la seule planète connue à être constituée d'eau liquide à sa surface, ingrédient essentiel dans l'apparition de la vie telle que nous la connaissons. Comprendre les origines de la vie, c'est donc aussi comprendre les origines de l'eau sur Terre. L'une des hypothèses les plus acceptées est la suivante : des astéroïdes, bombardant la Terre il y a des milliards d'années, auraient apporté l'eau.

Ce 28 août 2020, une équipe française de recherche, affiliée au CNRS/Université de Lorraine, publie dans Science des éléments solides étayant une autre théorie : la Terre aurait été riche en eau dès sa formation. De fait, l'apport des météorites ne serait que minime. Il y aurait toujours eu de l'eau dans le manteau terrestre. « Les roches constitutives de la Terre et, plus généralement, du Système solaire interne, ont quasi toujours été considérées comme étant sèches », contextualise pour Numerama Laurette Piani, autrice principale de l'étude. « On voit ici que ce n'est pas le cas, et qu'elles peuvent contenir des quantités significatives d'hydrogène et peut-être aussi d'autres éléments volatils (N, C et gaz rares) qui auraient permis à la Terre d'être ce qu'elle est aujourd'hui. »

Pour étudier les conditions dans lesquelles la Terre s'est formée, les chercheurs se sont penchés sur un type particulier de météorites : les chondrites à enstatite. Elles ont une composition isotopique similaire aux roches terrestres : cela signifie concrètement que les roches qui ont formé notre planète il y a 4,5 milliards d'années étaient du même type. Étudier leur composition revient presque à voyager dans le temps, pour étudier la composition des roches primitives de notre planète.

Comment l'eau est-elle arrivée sur Terre ?

L'une des problématiques à résoudre pour comprendre l'arrivée de l'eau sur Terre, c'est que celle-ci s'est formée dans une région du Système solaire interne où les températures étaient trop élevées à l'époque pour que « l'eau condense et soit agglomérée avec les autres solides », et c'est ce qui suggère que l'apport en eau ait été bien plus tardif. Sauf que les chondrites à enstatite contiennent bien de l'hydrogène, en grande quantité. L'hydrogène y est « piégé dans des phases minérales qui sont très résistantes à la température », nous explique Laurette Piani.

En mesurant avec une sonde ionique la teneur en hydrogène de ces météorites (parmi celles qui sont restées à l'état primitif proche de l'époque de formation de la Terre), l'équipe de recherche a découvert que les roches primitives auraient largement pu contenir l'équivalent en eau « d'au moins trois fois les océans, et peut-être beaucoup plus ». De fait, pour Laurette Piani, « l'hypothèse qui découle de notre travail est que l'eau du manteau terrestre, principal réservoir de l'eau sur Terre, ait pu être directement héritée de matériel type chondrite à enstatite ayant formé la Terre ».

La scientifique ajoute toutefois que pour expliquer les compositions isotopiques de l'eau et de l'azote de surface de notre planète, « il est nécessaire d'apporter un peu de matériel type chondrites carbonées », et donc qu'il y aurait tout de même eu un apport externe plus tardif. « Nous estimons cet apport entre 5 % et 15 %, le reste pouvant provenir de matériel type EC [chondrite à enstatite] », nous précise-t-elle.

Au sein de cette hypothèse, il perdure un élément important à éclaircir : l'origine de l'hydrogène dans ces météorites, et donc dans les roches primitives de la planète. Pourquoi et comment ces matériaux de haute température contiennent-ils de l'hydrogène ?  « Il reste maintenant à comprendre pourquoi on trouve de telles quantités d'hydrogène dans les chondrites à enstatite et ce que cela implique sur les conditions de formation du Système solaire, il y a environ 4.5 milliards d'années. »