jeudi 19 février 2015

Comment sait-on qu'une météorite vient de Mars ?

Comment sait-on qu'une météorite vient de Mars ?

Pierre Thomas

ENS Lyon


Résumé
Des météorites particulières, les SNC (Shergottite, Nakhlite, Chassignite), très rares, ont été l'objet dans le passé de débats très intenses concernant leur origine. Des analyses de gaz contenus dans l'une de ces météorites (shergottite EETA 79001) viennent confirmer l'hypothèse d'une origine martienne.

Emmanuelle Cecchi

Benoît Urgelli

Florence Kalfoun

15 - 06 - 2001


La question

« Comment sait-on qu'une météorite vient de Mars? »

La réponse

Depuis le début de 19ième siècle, les "naturalistes" classent les météorites avec les critères "usuels" des géologues: structure, minéralogie, composition chimique ...
On trouve:
  • les chondrites, mélange intime de fer (plus ou moins oxydé) et de silicates, mélange qui n'a en aucun cas la structure et la texture d'une roche magmatique,
  • des météorites de fer (sidérites) ou très riches en fer (pallasite ...)
  • des météorites à structure de roche magmatique (lave basaltique, gabbro, roche grenue plus ou moins cumulative riche en pyroxène et/ou olivine ...), classe que l'on appelle maintenant "achondrite".
En fonction des critères usuels de la géologie, géochimie ..., ces achondrites magmatiques ont été classées en divers catégories (Eucrite, Howardite, diogenite ...), et une petite dizaine de météorites constituaient une classe minéralogiquement, chimiquement et isotopiquement "à part": les SNC (Shergottite, Nakhlite et Chassignite) , noms venant du nom de 3 météorites célèbres de cette classe, tombées respectivement à Shergotty (1865, en Inde), Nakhla (1911, Égypte) et Chassigny (1815, Haute Marne, France).
Ces SNC sont des basaltes, des clinopyroxénites, des dunites ...
La dernière SNC découverte dans le désert du Sahara

A la fin des années 1970, ces SNC ont été datées, et des âges extrêmement jeunes pour des météorites (inférieurs à 1,3 milliards d'années) ont été trouvés. Ces SNC viendraient donc d'un corps silicaté possédant un magmatisme encore actif à cette époque, que l'on a appelé "corps parent des SNC". Ces météorites auraient été extraites de ce corps parent par un (des) impact(s) violent(s), impact(s) qui aurait projeté(s) dans l'espace des fragments de ce corps parent. Les fragments, mis sur orbite solaire par ce choc auraient ensuite recoupé l'orbite terrestre. Les SNC sont donc des impactites.
Schéma explicatif de la formation et provenance de la météorite SNC NWA 817

Mais de quel corps parent sont issus les météorites SNC ?

  • La Terre  ? On aurait reconnu les roches...
  • La Lune ou Mercure  ? Leur volcanisme est éteint depuis 3 Ga, et pour la Lune, on aurait reconnu puisqu'on possède maintenant une quinzaine de météorites lunaires...
  • Les astéroïdes  ? Ce sont les corps-parents des météorites classiques, et leur volcanisme est éteint depuis 4,4 milliards d'années ...
  • Vénus  ? Le volcanisme récent existe bien, mais la forte gravité superficielle de Vénus interdit quasiment l'éjection de fragment sur une orbite recoupant la Terre.
  • Io  ? Le volcanisme récent existe aussi, mais là c'est la gravite de Jupiter qui empêche l'éjection au loin.
Il ne reste donc qu'un seul candidat possible : Mars  !
Cette proposition a alors été l'objet de débats scientifiques intenses, et le quasi consensus actuel sur l'origine martienne des SNC a été obtenu par une donnée nouvelle : l'analyse des gaz contenus dans la shergottite EETA 79001.

Analyse des gaz contenus dans la météorite EETA 79001

Quand une grosse météorite tombe sur Terre, les débris du substratum terrestre éjectés par l'impact sont très fracturés. Parfois, ces fractures ont été tellement chauffées qu'elles sont devenues des veines vitreuses.
Et parfois dans ces veines vitreuses, on retrouve dissout ou en micro-bulles des gaz issus de l'atmosphère (atmosphère terrestre dans ce cas)...
Échantillon d'impactites terrestres (cratère de Rochechouart)
Des veines vitreuses recoupant un granite sont visibles. L'échantillon est un fragment du socle limousin. Une analyse de ce verre permettrait, s'il contient des inclusions gazeuses, d'avoir un échantillonnage de l'atmosphère triasique...

EETA 79001 présente de telles veines vitreuses, qui contiennent des micro-inclusions gazeuses, témoins probables de l'atmosphère du corps parent des SNC.
L'analyse chimique et isotopique de ces gaz montre:
  • ces gaz sont très différents de ceux de l'atmosphère terrestre, ce qui exclut une possible contamination terrestre,
  • ces gaz sont identiques a ceux de l'atmosphère martienne analysée in situ en 1976 par les sondes Viking.
Donc, a moins d'un hasard extraordinaire, EETA 79001 vient bien de Mars, et sans doute aussi toutes les autres SNC (ALH84001, NWA-287,....).

Les chondres, des gouttes de matières primitive fondue

Les chondres, des gouttes de matières primitive fondue

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire des Sciences de la Terr
Résumé
Chondrites présentant des chondres porphyriques ou non porphyriques, bien visibles.e

Florence Kalfoun

19 - 06 - 2006


Gros plan sur un chondre (diamètre ≈1 mm), météorite TAN068
Lame mince (LPNA : lumière polarisée non analysée) de la météorite TAN068 (de type H4-5).
Sa structure est caractéristique du refroidissement rapide (moins de quelques heures) d'une goutte de silicates fondus.

Cette semaine du 19 juin 2006 correspond au 4ème anniversaire de notre rubrique "image de la semaine". Pour fêter cette anniversaire, nous allons prendre de la hauteur. Et la photographie du 26 juin 2006, la dernière de l'année 2005-2006, vous montrera que prendre de la hauteur n'empêche pas de rester dans le sujet développé depuis quelques semaines, à savoir les objets déformés.
Les chondrites, comme leur nom l'indique, sont caractérisées par la présence de chondres, petit grain sphérique d'environ 1mm de diamètre (de 0,1 à 3 mm). Ces chondres sont inclus dans une matrice ferro-silicatée. La figure 2 montre une vue macroscopique d'une section polie de la météorite d'Allende, riche en chondres particulièrement visibles.

Section polie de la météorite d'Allende
Chaque cercle blanc, gris ou beige représente la section d'un chondre. Ces chondres sont inclus dans une matrice (mélange de silicates et de fer), ici de couleur gris foncé. Les graduations du bas sont en cm et mm.

Les chondres ont la même composition chimique que la météorite globale, tout en étant beaucoup moins hydratés : ils contiennent principalement de l'olivine, du pyroxène et parfois du fer métallique (figure 3).

Vues en LPNA et en LPA d'une lame mince de la chondrite TAN068
On voit au centre 2 chondres entiers parfaitement circulaires (diamètre ≈1 mm) ainsi que d'autres chondres coupés par les limites du champ de la photographie. Tous ces chondres sont essentiellement constitués d'olivine et de pyroxène, avec parfois un peu de fer métallique (noir en LPNA). Ils sont inclus dans une matrice faite d'olivine, de pyroxène, d'autres silicates légèrement hydratés (argile, serpentine …) et de fer métallique (noir en LPNA).
LPNA : lumièe polarisée non analysée ; LPA : lumière polarisée analysée.

La structure interne des chondres oscille entre 2 pôles : les chondres non porphyriques (20% des chondres) et les chondres porphyriques (80% des chondres). On sait reproduire de telles structures en laboratoire.
La structure interne des chondres non porphyriques est caractéristique de la cristallisation rapide d'un liquide silicaté (ou ferro-silicaté) qui se refroidit en quelques minutes à quelques heures. Il se produit alors des cristaux très allongés, qui croissent à partir d'un centre de nucléation (figure 4) ou dessinent un "pavage" géométrique.

Vues en LPNA et LPA d'un chondre non porphyrique (diamètre ≈1 mm) dans la chondrite ACFER359, de type L6
LPNA : lumièe polarisée non analysée ; LPA : lumière polarisée analysée.

La structure des chondres porphyriques s'obtient en refroidissant rapidement un liquide silicaté imparfaitement fondu dans lequel il reste des micro fragments d'olivine et de pyroxène, micro fragment qui grossissent lors de la cristallisation, jusqu'à former un agrégats de cristaux équidimensionnels jointifs (figure 5).

Vues en LPNA et LPA d'un chondre porphyrique (diamètre ≈1 mm) de la chondrite TAN068
LPNA : lumièe polarisée non analysée ; LPA : lumière polarisée analysée.

La forme sphérique des chondres prouve qu'ils ont été liquides et ont cristallisé en état d'apesanteur (comme les boules de whisky du capitaine Haddock dans l'album On a marché sur la Lune).
Si l'origine des chondres est assez claire (cristallisation rapide de gouttes liquides silicatées), l'origine de ces gouttes liquide est , elle, controversée. Il faut se replacer dans la nébuleuse pré-solaire, pendant la phase de condensation, phase où des poussières ferro-silicatées se condensent à partir du gaz de la nébuleuse. C'est au cours de cette période de condensation qu'un (ou des) bref(s) épisode(s) de haute température refond(ent) tout ou une partie des poussières existantes.
Plusieurs mécanismes sont proposés pour expliquer ces épisodes de fusions :
  1. chauffage par de bref flash lumineux du proto-Soleil ;
  2. phénomènes de décharges électriques dans le nuage de poussières ;
  3. phénomènes de compression et/ou de friction rapides dus aux passages d'ondes de choc acoustiques.
Si la (les) cause(s) de ce(s) épisode(s) de haute température est (sont) mal connue(s), ce qui est sûr, c'est la brièveté de leur arrêt : la structure des chondres montre qu'ils se sont refroidis très rapidement (de quelques minutes à quelques heures). L'accrétion a alors réuni les chondres nouvellement formés, avec des poussières préexistantes qui ont échappé à la fusion et/ou des poussières qui ont condensé à nouveau après la (les) brève(s) phase(s) de haute température. L'accrétion des chondres et des poussières a donné les corps parents des chondrites, formés des chondres englobés dans une matrice.
Mots clés : météorite, chondrite, chondre non porphyrique, lame mince, olivine, pyroxène, cristallisation, goutte de liquide silicaté, matrice, refroidissement, section polie, météorite d'Allende, TAN068

La vie sur Mars, controverse sur ALH84001

La vie sur Mars, controverse sur ALH84001

Philippe Gillet

ENS de Lyon - Laboratoire de Sciences de la Terre
Résumé
Débat sur les traces de vie observées dans les météorites provenant de Mars (météorite ALH84001) et de Vesta. De récents travaux, en particulier l'étude d'échantillons de la météorite de Tatahouine récoltés plus de 64 ans après son arrivée sur la Terre, montre l'existence de formes minérales similaires à celles d'ALH84001 et démontrent l'origine biologique terrestre de ces structures.

Emmanuelle Cecchi

Benoît Urgelli

20 - 07 - 2000

En août 1996, une équipe de la NASA annonce la découverte de traces fossiles de vie dans une météorite d'origine martienne (ALH84001), récoltée en 1984 dans les glaces de l'Antarctique. Les données isotopiques et l'âge d'irradiation permettent de dire qu'après un voyage de 16 millions d'années dans l'espace, elle aurait séjourné en Antarctique durant 13000 ans.
Quelle est l'origine de la météorite ALH84001 ?
Y-a-t-il des indices de vie sur la météorite martienne ALH84001. Si oui, quels sont-ils?
Quel est l'intérêt d'étudier la météorite de Tatahouine?

Météorite ALH84001

Origine de la météorite ALH84001

La plupart des météorites qui tombent sur Terre proviennent de la ceinture d'astéroïdes située entre Mars et Jupiter. D'autres météorites, plus rares, proviennent de planètes ou corps différenciés comme la Lune ou Mars à la suite d'un choc avec de gros astéroïdes.
Une quinzaine de météorites ramassées sur Terre, dites SNC (premières lettres de 3 météorites martiennes : Shergotty (tombée en Inde), Nakhla (tombée en Egypte) et Chassigny (tombée en France)), viendrait de Mars.
Photographies d'astéroïdes et représentation de leur collision avec Mars:
Les arguments qui permettent de dire qu'elles viennent de Mars sont les suivants:

  1. Elles toutes une composition en isotopes stables de l'oxygène (δ17O et δ18O) caractéristique et différente de toutes les autres classes météorites
  2. Elles ont cristallisées à partir de magmas, il y a environ 1 milliards d'années pour la plupart d'entre elles (à l'exception de ALH84001 qui a un âge de cristallisation d'environ 4,4 Ga). Elles viennent donc d'un corps qui avait une activité magmatique à ces époques là. Les seules planètes candidates sont à priori Vénus et Mars. La gravité de Vénus semblent d'après les calculs ne pas permettre l'expulsion de blocs rocheux lors d'impact à sa surface. Reste donc Mars.
  3. Le dernier argument concerne la composition des gaz inclus dans les minéraux de ces météorites. Ils ont une composition identique à celle de l'atmosphère martienne mesurée par les sondes Viking en 1976 (corrélation de 1 sur le graphique ci-contre).

Il faut cependant garder à l'esprit que ces arguments sont indirects... Rien ne permet à l'heure actuelle d'être sûr de la provenance martienne de ALH84001.

Indices de vie sur la météorite ALH84001

Les indices de vie les plus convaincants sont les suivants:
  1. On note la présence, dans des fissures de la météorite, de carbonates dont la surface est tapissée de molécules organiques simples (hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)).
  2. Associés à ces carbonates, on trouve des nanocristaux de magnétite (Fe3O4) et de sulfures de fer qui ressemblent à ceux synthétisés par des bactéries terrestres dites magnétotactiques.
  3. Ces carbonates dont la formation date d'environ 4 Ga (datation Rb/Sr et Pb/Pb) se sont formés sur le corps parent d' ALH84001. La zonation chimique de ces carbonates en éléments majeurs (Mg, Ca) est probablement associée à la circulation de fluides hydrothermaux martiens dans les fissures. Les carbonates d'ALH84001 présentent une variabilité de composition chimique associée à une croissance concentrique. Une telle variabilité indique des changements dans les conditions d'oxydo-réduction peu fréquent dans le monde minéral.
  4. À la surface des carbonates, des structures allongées de quelques dizaines à quelques centaines de manomètres de long sont observées. D'après les chercheurs de la NASA, ces structures pourraient être des fossiles de bactéries.
En 1996, on ne connaissait pas de forme de vie de si petite taille sur Terre et cela a suscité un nombre important de polémiques sur l'interprétation de ces formes.
On peut donc dire que les preuves d'une vie passée sur Mars déduites de l'étude d'ALH84001 sont ténues. Ces preuves ont été fortement remises en question par des travaux plus récents...

Comparaison de cristaux de magnétite de la météorite ALH84001 et de magnétite terrestre
À gauche: cristaux de magnétite visibles sur la météorite martienne ALH84001. À droite: cristaux de magnétite terrestre d'origine bactérienne.


Étude de la météorite de Tatahouine


Dans la nuit du 27 juin 1931, les habitants de Tatahouine, base militaire française en Tunisie, sont réveillés par un fort grondement, accompagne d'une lueur intense durant une demi-minute. Après quelques recherches, les militaires français découvrent le lendemain des fragments d'une roche curieuse dont les spécialistes reconnaissent l'origine extraterrestre. Ils en expédient quelques morceaux au Muséum National d'Histoire Naturelle de Paris.
En 1994, Alain Carion, un collectionneur éclairé, retourne sur le site d'impact et récolte de nouveaux fragments de la météorite.
Nous avions donc à notre disposition deux types d'échantillon : des échantillons prélevés rapidement et mis à l'écart de l'altération terrestre et des échantillons ayant subit les effets d'un séjour de 64 ans dans un environnement désertique.

Tatahouine, un fragment de l'astéroïde Vesta


Tatahouine pourrait être un fragment d'un objet particulier de 500 km de diamètre, Vesta, situé dans la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter.
Tatahouine appartient à la famille des diogénites qui ont en commun une signature isotopique en oxygène caractéristique, différente des SNC et des autres météorites. C'est une roche magmatique essentiellement formée d'orthopyroxènes (comme ALH84001!) .Sa signature spectrale (sa couleur) est similaire à celle bien spécifique de Vesta.

Des agrégats de carbonates comme sur ALH84001 !


Carbonates à la surface de la météorite de Tatahouine

En examinant au microscope électronique des échantillons collectés en 1994, nous avons eu la surprise de découvrir à l'intérieur de certaines fractures des agrégats de microcristaux de calcite à la surface des grains de pyroxène.
Cette association minéralogique est en tout point comparable à celle observée sur ALH84001. Ces carbonates sont absents dans les échantillons collectés en 1931. Les compositions isotopiques en oxygène et en carbone de ces carbonates sont quasi-identiques à celles des carbonates du sol où la roche a séjourné. Cela montre qu'ils résultent de la circulation d'un fluide terrestre.

Des indices de vie comme sur ALH84001 !


MEB de la surface de l'échantillon collecté en 1994

MET de la surface de l'échantillon collecté en 1994
Images microscopiques (MEB et MET) de l'échantillon de la météorite de Tatahouine récoltés en 1994:
A la surface des carbonates, des images de microscopie électronique à fort grossissement révèlent la présence de formes allongées de diamètre 50 à 70 nm et de longueur de 200 à 600 nm. On y observe aussi des formes ovoïdes de 100 à 200 nm de diamètre. Ces objets ressemblent à s'y méprendre à des bactéries. Sur leurs parois, on note la présence de cristaux de NaCl.
Les analyses chimiques montrent que ces formes sont constituées de C,N,O. Les clichés de diffraction électronique montrent que ce ne sont pas des minéraux.

La démonstration des biologistes


MEB de la culture biologique à partir de fragments de Tatahouine

MET de la culture biologique à partir de fragments de Tatahouine
Images microscopiques (MEB et MET) des cultures biologiques effectuées à partir des fragments de la météorite de Tatahouine:
Pour démontrer l'origine biologique de ces formes, nous avons entrepris des cultures biologiques de morceaux altérés de la météorite de Tatahouine en collaboration avec des microbiologistes du CEA de Cadarache.
Après plusieurs mois de travail, ces derniers ont réussi à cultiver des bactéries de très petites tailles, de formes (allongées et ovoïdes) tout à fait similaires à celles observées sur les fragments de la météorite, mais de taille significativement plus grande.

Conclusion

L'étude de Tatahouine montre que l'altération terrestre est un processus rapide qui peut modifier de manière significative la composition chimique, minéralogique et biologique d'une météorite qui tombe sur Terre.
D'autre part, l'exemple de cette météorite montre que des formes bactériennes de l'ordre de 100 nm peuvent être associées à de l'activité bactérienne. Les bactéries cultivées à partir des morceaux de la météorite de Tatahouine (et les formes supposées bactériennes de ALH84001...) sont en dessous de la taille limite calculée par un bon nombre de biologistes avertis et en dessous de laquelle le volume cellulaire est trop faible pour contenir la machinerie métabolique de base (ADN, ribosomes, milieu cellulaire… ) pour un organisme autonome et capable de se reproduire.
En attendant des données complémentaires sur ALH84001, la météorite de Tatahouine a donc permis la découverte, pour la première fois, de formes de vie terrestre nanométriques.
Voir aussi : "bactéries martiennes ?".

Bibliographie

BARRAT, J. A.; Ph. GILLET; C. LECUYER; S. M. F. SHEPPARD and M. LESOURD, "Formation of Carbonates in the Tatahouine Meteorite" p 412-414 v 280 Science, 17 April 1998.
Ph. GILLET, J.A. BARRAT, De Mars à Tatahouine, PLS n°249 juillet 1998 p. 22-23.
Ph. GILLET, P. THOMAS, Vie sur Mars : la controverse, La Recherche, n°295, février 1997, p. 28.
Ph. GILLET, J.A. BARRAT et al., Bacteria in the Tatahouine meteorite : nanometric-scale life in rocks, Earth and Planetary Science Letters 175, 2000, p.161-167.
Mots clés : Mars, trace de vie, météorite martienne, ALH84001, delta O18, isotope, atmosphère, calcaire, activité bactérienne, météorite Tatahouine, Vesta,contamination terrestre

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Les formes bactériennes sur les météorites martiennes sont-elles d'origine terrestre ?

Philippe Gillet

ENS, Lyon
Résumé
Débat sur l'origine terrestre ou extra-terrestre de nanobactéries découvertes dans des météorites martiennes.

Emmanuelle Cecchi

Benoît Urgelli

16 - 07 - 2000


Table des matières

La question

« J'ai appris qu'un travail récent sur les météorites martiennes considérerait les nanobactéries comme une pollution d'origine terrestre. Je ne trouve nulle part de référence concernant ce travail... Cela me rendrait vraiment service si vous pouviez me fournir quelques renseignements. Merci d'avance. »

La réponse

Voir aussi l'article La vie sur Mars
Les preuves d'une vie bactérienne sur Mars déduites de l'étude de formes nanométriques à la surface de la météorite ALH84001 sont ténues. Ces preuves ont été fortement remises en question par des travaux récents : l'étude de la météorite de Tatahouine a permis la découverte, pour la première fois, de formes de vie nanométriques, d'origine terrestre.
Même si les formes nanobactériennes sur Tatahouine sont bien terrestres, pour ALH84001, il faudra attendre des données complémentaires...
MÉTÉORITE
TATAHOUINE
ALH84001
ORIGINE
Ceinture d'astéroïdes
Planète Mars
TEMPS DE SÉJOUR SUR TERRE
70 ans dans le désert tunisien
13 000 ans en Antarctique
COMPOSITION MINÉRALOGIQUE
Orthopyroxène
Orthopyroxène
PARTICULARITÉS MEB
grossissement faible
Présence d'agrégats de carbonates formées dans le désert tunisien
Présence d'agrégats de carbonates formées il y a plusieurs milliards sur Mars
PARTICULARITÉS MEB
grossissement fort
Objets nanométriques cylindriques d'origine terrestre.
Objets nanométriques cylindriques
d'origine ???