Le scénario de la genèse de la planète bleue est à revoir. À peine 100 millions d'années après sa formation, la terre était déjà noyée sous les eaux, d'où émergeaient les ancêtres des continents. La preuve en était cachée au cœur de mystérieux cristaux du désert australien.

     Mais d'où provenait ce liquide vital ?

Il aura suffi de quelques minéraux grisâtres à peine plus épais qu'un cheveu trouvés dans des roches de l'ouest de l'Australie, pour que deux équipes de géologues américains. australiens et anglais parviennent enfin à déchiffrer les grandes lignes du premier chapitre de l'histoire de la terre. Un chapitre qui a commencé au début de la formation de notre planète, il y a 4,56 milliards d'années, et qui s'est achevé il y a 4 milliards d'années : l'ère de l'Hadéen, d' Adès, le dieu grec des Enfers. Un océan de magma brûlant, plongé dans une atmosphère infernale : voilà comment les scientifiques imaginaient l'Hadéen jusqu'à présent, faute d'indices. C'est un tout autre tableau que dressent aujourd'hui l'équipe de Stephen Mojzsis, chercheur à l'université du Colorado ( basée à Boulder ), et celle de Simon Wilde, de l'université Curtin ( à Perth, en Australie ). D'après leurs travaux, qui ont été publiés simultanément dans la revue scientifique internationale Nature ( vol. 409. 11 janvier 2001), il existait une croûte terrestre environ 100 millions d'années seulement après la naissance de la Terre. Plus étonnant encore, il semble qu'en certains endroits cette croûte était recouverte par d'énormes quantités d'eau. La Terre s'est donc refroidie bien plus rapidement qu'on ne le pensait jusqu'ici. Sa température a dû passer en dessous du seuil des 100 °C au moins 400 millions d'années plus tôt que ne l'estimaient les spécialistes de l'histoire de notre planète. Peut-être même abritait-elle déjà la vie...

     Comment les deux équipes sont-elles parvenues à cette vision radicalement nouvelle?  En récoltant des roches dans les Jack Hills, une zone de la taille d'une petite ville, située dans l'ouest de l'Australie. C'est en effet l'une des plus anciennes régions du monde, avec le site d'Isua, au Groenland. 

  « Ces matériaux sont aussi vieux que ceux trouvés sur la Lune »

     La croûte continentale y a été miraculeusement épargnée par les mouvements tectoniques qui ont englouti plusieurs fois toutes les autres terres émergées du globe on y trouve ainsi des roches avoisinant les 4 milliards d'années. Et dont les géologues ont découvert qu'elles renfermaient de petites inclusions minérales encore bien plus vieilles qu'elles! Ces petits morceaux de zircon (des cristaux de silicate de zirconium), particulièrement solides, ont résisté à l'érosion qui a emporté leurs roches d'origine et sont restés à la surface de la croûte terrestre, puis ils se sont incrustés dans les roches actuelles. Ils sont donc les derniers témoins de l'enfance de la Terre. La porte d'entrée du royaume d'Hadès.

     En juillet 1999, Stephen Mojzsis part pour les Jack Hîlls, dans le but de récolter des zircons très anciens à analyser. Sur place, il rejoint l'Australien Robert Pidgeon, de l'université Curtin. Celui-ci est un spécialiste des zircons : il a réussi, en 1996, à mettre la main sur un cristal vieux de 4,27 milliards d'années -- un record absolu... jusqu'à l'an dernier. Quelques semaines plus tard, le géochimiste américain retourne à son laboratoire avec 230 kg de roches australiennes récoltées à la force du piolet. II lui faut alors traiter chimiquement une dizaine de kilos de roches brutes pour en extraire quelques grammes de zircons. Afin de dater ces spécimens, il utilise un instrument très sophistiqué une microsonde ionique, grâce à laquelle il peut mesurer précisément la quantité de chacun des éléments contenus dans les cristaux.

 Traces de Microcontinents

     Car les zircons renferment de l'uranium radioactif, qui au fil du temps se désintègre en plomb, et ce phénomène permet aux géochimistes d'estimer leur âge (de la même façon que les archéologues parviennent à dater les ossements d'après leur teneur en carbone 14). Une estimation à moins de 10 millions d'années près, ce qui est d'une très grande précision. Dès mars 2000, Stephen Mojzsis a réussi à isoler sept cristaux, dont les âges s'échelonnent entre 3,9 et 4,3 milliards d'années ! Au même moment, un autre chercheur, l'Australien Simon Wilde, qui travaille dans la même université que Robert Pîdgeon, identifie un zircon issu de roches qu'il a ramassées dans les Jack Hills en 1983. Son échantillon est particulièrement intéressant : il s'est formé voilà 4,4 milliards d'années. Mojzsis et Wilde tiennent dans leurs mains les plus vieux minéraux terrestres. « L'ère de l'Hadéen, auparavant inaccessible, est désormais ouverte â l'étude scientifique, s'enthousiasme Stephen Mojzsis. Chaque voyage aux Jack Hills est un peu comme une mission Apollo... sur Terre! Nous disposons maintenant de matériaux aussi vieux que ceux trouvés sur la Lune : ils vont nous permettre de reconstituer l'enfance de notre planète, sans que nous ayons à dépenser des centaines de millions de dollars pour envoyer des sondes dans l'espace ! » Ces zircons de 4,3 et 4,4 milliards d'années sont les vestiges des premiers granits dans lesquels ils ont cristallisé. Leur seule existence indique qu'il y avait déjà des roches solides à cette époque, et donc une croûte terrestre. Toutefois, selon Etienne Deloule, chercheur au centre de recherches pétrographiques et géochimiques de Nancy, « rien ne permet d'affirmer qu'il y avait déjà de vrais continents. Il existait probablement des micro continents, des morceaux de croûte de 100 ou 500 km de côté et de quelques kilomètres d'épaisseur qui flottaient vraisemblablement au-dessus du magma ».

     S'il y avait déjà une croûte solidifiée sur Terre voilà 4,4 milliards d'années, une question vient immédiatement à l'esprit : y avait-il aussi de l'eau? Pour y répondre, Stéphen Mojzsis et Simon Wilde ont utilisé une nouvelle fois leur microsonde ionique et ont analysé l'oxygène contenu dans leurs zircons. Plus précisément, ils ont évalué les quantités respectives de deux de ses isotopes, l'oxygène 16 et l'oxygène 18. A l'état naturel, l'oxygène peut en effet se présenter sous plusieurs formes, ou isotopes : l'oxygène 16 , le plus commun (99,7 %), qui contient 16 neutrons dans son noyau, l'oxygène 17 et l'oxygène 18 , plus rares, qui contiennent respectivement 17 et 18 neutrons. Dans le manteau terrestre, le rapport /  n'a pratiquement pas varié depuis la naissance de la Terre, et il est parfaitement connu des géochimistes. Si les anciens zircons se sont constitués dans le manteau, et n'ont donc jamais été en contact avec de l'eau lors de leur formation, alors ils doivent présenter rigoureusement le même rapport   /  que le manteau.

   Les roches d'origine ont échangé de l'oxygène avec de grands réservoirs d'eau 

     Or les deux équipes ont trouvé dans les cristaux plusieurs rapports /    ,tous très différents de celui du manteau. Conclusion : tandis qu'ils se formaient, les zircons ont échangé de l'oxygène avec un élément qui ne peut guère être autre chose que... de l'eau. Non pas de la glace, ni même de la vapeur d'eau, dont les interactions avec les roches auraient été négligeables, mais bien de l'eau à l'état liquide.

des rivières, des océans

     Autrement dit, il y avait déjà de l'eau à la surface de la Terre à peine 100 millions d'années après sa formation. Des rivières, des lacs, des océans? Les indices manquent encore aux scientifiques pour se prononcer définitivement. « La seule chose que nous pouvons dire aujourd'hui est que cette eau était présente en grande quantité, déclare Étienne Deloule. Les roches étant constituées d'environ 50% d'oxygène, si la composition isotopique de l'oxygène a varié de façon notable dans les zircons, alors leurs roches d'origine ont connu d'abondants échanges avec de grands réservoirs d'eau. » Stéphen Mojzsis, lui aussi, reste prudent : « Je ne pense pas que nous ayons le droit, aujourd'hui, d'établir un lien direct entre nos analyses et la présence de vrais océans, car nous n'avons pas encore suffisamment de données. Mais je suis persuadé que cela viendra bientôt. » Désormais, Stéphen Mojzsis et Simon Wilde n'ont plus qu'une idée en tête : retourner dans les Jack Hills avec l'espoir d'y découvrir non plus des zircons, mais les roches dans lesquelles ils ont cristallisé. Ce serait une expérience vraiment fantastique que de tenir un morceau de roche vieux de 4,3 milliards d'années! », s'exclame Stephen Mojzsis. D'autant que, si les géologues possédaient cette précieuse matrice originelle, ils pourraient en analyser les zircons, mais aussi tous les autres minéraux. Et ils parviendraient sans doute à savoir si, 100 millions d'années après sa formation, la Terre possédait déjà toute l'eau qui constitue les océans actuels. 

     A plusieurs milliers de kilomètres des Jack Hills, dans son laboratoire de Nice, Alessandro Morbidelli semble avoir déjà trouvé la réponse à cette question. D'après lui, la Terre possédait déjà toute l'eau nécessaire à la genèse des océans il y a 4,48 milliards d'années, c'est-à-dire avant même qu'elle ait fini de se former. 

  Question de températures

     Son raisonnement est le suivant : dès lors que la température était suffisamment basse pour que l'eau à l'état liquide existe à la surface de la Terre (en l'occurrence il y a  4,4 milliards d'année, comme semblé le montrer i analyse des zircons), tous les océans pouvaient déjà parfaitement exister. Pourtant, Alessandro Morbidelli, chercheur à l'observatoire de la Côte d'Azur, n'analyse pas de zircons : il modélise des collisions entre des planètes et des astéroïdes. Quel rapport avec l'eau sur Terre? Il y a 4,48 milliards d'années, le système solaire ressemblait à un gigantesque jeu de billard. L'attraction gravitationnelle des planètes en formation déviait la trajectoire des astéroïdes passant dans leur voisinage, les projetant sur d'autres corps. C'est ainsi, d'après les calculs du chercheur niçois, qu'un embryon de planète en provenance du voisinage de Jupiter serait tombé sur la Terre il y a de cela entre 4,48 et 4,51 milliards d'années. Ce planétoïde, semblable à une grosse Lune, contenait de l'eau emprisonnée dans ses argiles, « beaucoup d'eau, précise Alessandro Morbidelli, peut-être même plus qu'il n'en fallait pour former les océans ». Au cours de sa lente assimilation par le manteau terrestre, le planétoïde a cédé toute son eau à notre planète. Cette eau a ensuite été expulsée dans l'atmosphère par des volcans, selon un processus appelé "dégazage", puis elle est entrée dans le cycle classique : précipitation, ruissellement, évaporation.

     Ces conclusions, publiées dans la revue spécialisée Météoritics and Planetary Science à la fin de l'année dernière, sont venues couronner de longues années de recherches sur l'origine de l'eau terrestre.

     Certes, il y avait bien de la glace dans les poussières initiales qui se sont agglomérées pour former notre planète, mais pas suffisamment pour donner naissance aux océans : la Terre étant assez proche du Soleil, une grande partie de l'eau présente dans sa zone de formation avait été repoussée au loin par les vents solaires avant même le début de son accrétion.

 Convoyeurs célestes

     L'hypothèse retenue fut que l'eau terrestre avait été apportée par des comètes : comme celles-ci sont constituées à 80 % de glace, l'explication semblait tout à fait plausible... jusqu'à ce que la comète de Halley, en 1995, puis celles de Hale-Bopp et de Hyakutake, en 1998, passent au voisinage de la Terre. Et que les scientifiques étudient alors à distance la composition isotopique de l'hydrogène (l'un des constituants de l'eau) présent dans ces comètes. L'hydrogène existe sous deux formes isotopiques: l'hydrogène courant, H, qui compte un seul proton, et l'hydrogène lourd, que l'on appelle aussi deutérium, D, qui compte un proton et un neutron. Si le rapport D/H dans les comètes avait été le même que dans l'eau terrestre, l'origine de nos océans n'aurait plus fait aucun doute. Malheureusement, les scientifiques ont constaté que ces rapports étaient différents. Les comètes ne pouvaient donc pas, à elles seules, avoir fourni toute l'eau des océans.

     D'autres candidates sont alors entrées en piste : les météorites provenant de la ceinture d'astéroïdes située entre Mars et Jupiter. Pourquoi les météorites? Parce que, si l'on en croit la surface criblée de la Lune, des météorites se seraient abattues en grand nombre sur toutes les planètes du système solaire jusqu'à il y a environ 3,9 milliards d'années. Et, d'autre part, parce que le rapport D/H dans les météorites est parfaitement compatible avec celui de l'eau de la Terre.

Astrophysiciens et géochimistes d'accord  sur l'origine de l'eau

    En 1995, Étienne Deloule et son collègue François Robert, spécialiste des météorites au laboratoire de minéralogie du Muséum national d'histoire naturelle, sont effectivement parvenus à établir que les météorites avaient apporté environ 90 % de l'eau présente sur notre planète, et les comètes seulement 10 %.

     Toutefois, il restait encore un problème : aux yeux des astrophysiciens, il paraissait peu probable que de petites météorites, même nombreuses, aient réussi à donner tant d'eau à la Terre.

 Le Scénario du planétoïde

     En modélisant différentes sortes de collisions avec des astéroïdes de toutes tailles, Alessandro Morbidelli a enfin trouvé une réponse à ce mystère: la majeure partie de l'eau a été apportée en une fois, par un énorme planétoïde. « Aujourd'hui, géochimistes et astrophysiciens sont enfin d'accord sur l'origine de l'eau terrestre», se réjouit François Robert, qui a travaillé sur ce thème avec Alessandro Morbidelli. Selon le chercheur niçois, le scénario du planétoïde est certes révélateur, mais il présente également un autre avantage : « Il pourrait expliquer la grande disparité entre les planètes telluriques, c'est-à-dire Mars, Vénus, Mercure et la Terre. Par exemple, il pourrait justifier le fait que la Terre possède beaucoup d'eau, alors que Vénus -- qui a pourtant dû être bombardée par autant de petites météorites que notre planète -- n'en a vraisemblablement jamais abrité beaucoup. »

     Quant à l'eau contenue dans les météorites et les planétoïdes, il semblerait bien qu'elle provienne de l'extérieur du système solaire! C'est en tout cas ce qu'ont démontré en 1995 Étienne Deloule et François Robert, toujours en s'appuyant sur le rapport D/H, mais en comparant cette fois celui des météorites et celui du Soleil.

L'eau des météorites et des planétoïdes viendrait de l'espace interstellaire 

     Or ces rapports sont complètement différents. L'eau que nous connaissons se serait donc synthétisée dans l'espace interstellaire, sans doute longtemps avant la formation du système solaire. Cette eau interstellaire a très bien pu entrer dans la formation d'autres systèmes planétaires que le nôtre. En outre, si de l'eau à l'état liquide était déjà présente sur Terre 100 millions d'années seulement après la fin de sa formation, alors il est tout à fait probable qu'il y en ait aussi qui ruisselle sur d'autres planètes lointaines...

     Mais revenons un instant aux zircons. Si ces cristaux ont connu une croûte continentale et de l'eau voilà 4,4 milliards d'années, on peut légitimement se demander s'ils n'ont pas côtoyé la vie à cette époque reculée. L'eau est en effet un facteur indispensable à l'apparition de la vie telle que nous la connaissons. L'âge du plus vieux fossile identifié à ce jour a été estimé à 3,5 milliards d'années. Et les plus anciennes traces chimiques attribuées à une forme de vie microbienne (elles ont été trouvées dans des roches du Groenland par Stephen Mojzsis, en 1996) remontent à 3,85 milliards d'années. La vie a-t-elle pu exister sur Terre avant cette date? Stephen Mojzsis en est certain : « Nous ne savons pas quand ni comment la vie est apparue, mais cela s'est produit pendant l'ère de l'Hadéen, il y a plus de 4 milliards d'années. »

 Quand la vie apparaît-elle ?

     Interrogé sur la même question, l'exobiologiste français André Brack, du Centre de biophysique moléculaire, à Orléans, admet que la découverte des zircons australiens et les indications qu'ils fournissent sur la présence d'eau font avancer la date d'apparition possible de la vie sur Terre.

     Néanmoins, selon lui, la seule présence d'eau n'implique pas forcément celle de la vie : « Tout dépend de la température, qui est, à mes veux, le facteur déterminant. L'analyse des zircons montre  qu'il y avait de l'eau liquide très tôt dans l'histoire de notre planète, mais rien ne dit que la température était alors très basse. Elle se situait peut-être aux environs de 100 'C, peut-être même un peu au-dessus car la température nécessaire pour que l'eau se condense dépend de la pression ambiante. Or, tant que la température ne descend pas au-dessous de 80 °C, je ne pense pas que des bactéries primitives puissent survivre. » Pourtant, aujourd'hui, certaines bactéries vivent, au fond des océans, près de sources hydrothermales à plus de 120 °C... « Ces bactéries peuvent résister à la chaleur grâce à des enzymes particulières, qui sont relativement modernes et dont leurs ancêtres n'étaient probablement pas dotées», répond André Braok

La vie existait-elle ou non il v a plus de 4 milliards d'années? Dès cet été, Stephen Mojzsis repart dans les Jack Hills pour tenter de trouver d'autres roches -- et peut être des traces de vie -- remontant au royaume d'Hadès...

.