Sans collision, pas de vie : La Terre avait sans doute besoin d'être ravitaillée depuis l'espace

Jusqu’à présent, la Terre est la seule planète connue sur laquelle la vie existe – avec de l'eau liquide et une atmosphère stable. Lors de sa formation, les conditions n'étaient toutefois pas favorables à l’apparition de la vie. Certes, le nuage de gaz et de poussière à partir duquel se sont formées toutes les planètes du Système solaire était riche en éléments volatils indispensables à la vie, comme l'hydrogène, le carbone ou le soufre. Cependant, dans la partie interne du Système solaire – la partie la plus proche du Soleil, où se trouvent aujourd'hui les quatre planètes rocheuses Mercure, Vénus, la Terre et Mars, ainsi que la ceinture d'astéroïdes – ces éléments volatils ne pouvaient guère subsister : En raison de la température élevée du Soleil, ils ne se sont pas condensés et sont d'abord restés en grande partie à l’état gazeux. Comme ces substances gazeuses n'ont pas été intégrées aux matériaux rocheux solides à partir desquels les planètes se sont formées, même le premier précurseur de la Terre, appelé « proto-Terre », ne contenait que très peu de ces substances vitales. Seuls les corps célestes qui se sont formés plus loin du Soleil, dans des régions plus froides, ont pu incorporer ces composants. Aujourd'hui encore, nous ne comprenons pas encore tout à fait comment et quand la Terre est devenue une planète propice à la vie.

Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’Institut des sciences géologiques de l'Université de Berne ont pu montrer pour la première fois que la composition chimique de la Terre primitive était achevée au plus tard trois millions d'années après la formation du Système solaire – et ce d'une manière qui rendait initialement l'apparition de la vie impossible. Leurs résultats, publiés récemment dans la revue Science Advances, suggèrent que la vie sur Terre n'a pu se développer que grâce à un événement ultérieur. Le Dr Pascal Kruttasch est le premier auteur de cette étude, réalisée dans le cadre de sa thèse de doctorat à l'Institut de géologie et financée par le Fonds national suisse. Kruttasch est actuellement FNS Postdoc.Mobility Fellow à l'Imperial College London.

Utilisation d'une horloge précise pour mesurer l'histoire de la formation de la Terre

Pour reconstituer le déroulement de la formation de la Terre, l'équipe de recherche a utilisé une combinaison de données isotopiques et élémentaires provenant de météorites ainsi que de roches terrestres. Grâce à des modélisations, les chercheurs ont pu déterminer comment la composition chimique de la Terre a évolué par rapport à celle d'autres éléments constitutifs des planètes au fil du temps.

Kruttasch explique : « Pour déterminer l'âge avec précision, on a utilisé un système de mesure du temps très précis basé sur la désintégration radioactive du manganèse-53. Cet isotope était présent dans le Système solaire primitif et s'est désintégré en chrome-53 avec une demi-vie d'environ 3,8 millions d'années. » Cette méthode a permis de déterminer l'âge avec une précision inférieure à un million d'années pour des matériaux vieux de plusieurs milliards d'années. « Ces mesures n’auraient pas été possibles sans l’expertise et l’infrastructure de renommée internationale de l’Université de Berne dans le domaine de l'analyse des matériaux extraterrestres, ni sans son rôle de pionnier dans le domaine de la géochimie isotopique », explique le co-auteur Klaus Mezger, professeur émérite de géochimie à l'Institut de géologie de l'Université de Berne.

La vie sur Terre grâce à un hasard cosmique ?

Grâce aux modélisations, l'équipe de recherche a pu montrer que la signature chimique de la proto-Terre, c'est-à-dire le modèle unique de ses substances chimiques qui la composent, était déjà achevée moins de trois millions d'années après la formation du Système solaire. Leur étude fournit ainsi des données empiriques sur la chronologie de la formation des matériaux originaux de la jeune Terre. « Notre Système solaire s'est formé il y a environ 4'568 millions d'années. Si l'on considère qu'il n'a fallu que jusqu'à trois millions d'années pour fixer les propriétés chimiques de la Terre, c'est étonnamment rapide », explique Kruttasch, premier auteur de l'étude.

Ces résultats viennent ainsi appuyer l'hypothèse qu'une collision ultérieure avec une autre planète – Théia – a été le tournant décisif et a fait de la Terre une planète propice à la vie. Théia s'est probablement formée plus loin dans le Système solaire, où des substances volatiles comme l'eau se sont accumulées. « Grâce à nos résultats, nous savons qu'au début, la proto-Terre était, à l’origine, une planète rocheuse sèche. On peut donc supposer que c'est la collision avec Théia qui a apporté des éléments volatils sur la Terre et y a finalement permis la vie », explique-t-il.

L'habitabilité dans l'univers ne va pas de soi

La nouvelle étude apporte une contribution significative à la compréhension des processus qui ont eu lieu dans les premières phases du Système solaire, et fournit des indications sur le moment et la manière dont les planètes sur lesquelles la vie est possible peuvent se former. « La Terre ne doit pas sa convivialité actuelle pour la vie à une construction continue, mais probablement à un événement aléatoire – l'impact tardif d'un corps étranger riche en eau. Cela montre clairement que la capacité d’un corps planétaire à abriter la vie est tout sauf une évidence », déclare Mezger.

Dans une prochaine étape, il faudra également étudier de plus près l'événement de collision entre la proto-Terre et Théia. « Jusqu'à présent, cet événement de collision est encore mal compris. Il faut des modèles capables d’expliquer non seulement les propriétés physiques de la Terre et de la Lune, mais aussi leur composition chimique et leurs signatures isotopiques », conclut Kruttasch.