Existe-t-il un monde extraterrestre sous nos pieds ?

Vue d’artiste de la collision entre la protoplanète Theia et la jeune Terre. DR
La planète Theia qui a percutée la Terre voici 4,5 milliards d’années n’aurait peut-être pas totalement disparu, avance un chercheur de l’université d’Arizona. Cet astre, dont la collision a engendré la Lune, se trouverait encore dans le manteau de notre planète.

Theia existerait toujours, en partie du moins, et elle se situerait sous nos pieds. C’est l’hypothèse audacieuse de Qian Yuan, doctorant à l’université d’Arizona. Theia est la planète qui serait entrée en collision avec la jeune Terre il y a 4,5 milliards d’années : c’est le scénario qui fait consensus parmi les astronomes pour expliquer la formation de la Lune. Le débat scientifique porte plutôt sur la détermination de la masse, la densité et la vitesse de l’impacteur.

Deux structures étranges dans le manteau terrestre

Sur quoi se fonde Qian Yuan pour penser que Theia n’a pas été totalement détruite lors de l’impact ? En fait, les géologues sont depuis longtemps intrigués par deux superstructures dans le manteau terrestre. L’une s’étire sur tout l’ouest de l’Afrique avec des ramifications jusqu’aux Kerguelen et en Islande, l’autre couvre une large portion du Pacifique. Ce sont les plus grandes formations géologiques connues de notre planète et leur origine reste incertaine. Elles font jusqu’à 1000 km d’épaisseur et plus du double en longueur. Qian Yuan pense qu’il s’agit peut-être de fragments de Theia qui n’ont jamais fusionné avec la Terre.

Qian Yuan est en thèse à l’université d'Arizona. 

Des régions plus chaudes et probablement plus denses

« Ces structures sont connues depuis au moins trente ans, mais il est encore difficile de savoir quelles sont leurs propriétés exactes », prévient Qian Yuan. Appelées superpanaches, ou Large Low Share Velocity Province (LLSVP) en anglais, ces anomalies ont été détectées et cartographiées par des techniques de sismologie. Elles se caractérisent par une propagation plus lente de certaines ondes sismiques. « Pour expliquer ce ralentissement, l’avis général est qu’il s’agit de zones plus chaudes. Certains scientifiques pensent encore que ces régions sont juste plus chaudes, avec une composition identique au reste du manteau. Cependant, il y a de plus en plus d’indices que leur composition est légèrement différente et plus dense », souligne Qian Yuan.

Localisation des superpanaches. © DR Davies et al, The Australian National University

Une collision mise en équations

Pour mieux comprendre ce qui s’est passé au moment de la collision entre Theia et la Terre, Qian Yuan a réalisé des simulations numériques. Dans ses premières modélisations, la protoplanète et la Terre fusionnaient complètement. Mais en faisant varier la taille et la densité de Theia, il a constaté que, si sa densité est 1,5 à 3,5% supérieure à celle de la Terre, une proportion importante de sa matière est préservée et plonge au cœur du manteau terrestre.

« C’est une idée un peu folle, mais elle est possible », admet le chercheur. Elle est tout de même appuyée par les travaux de Steeven Desch de l’université d’Arizona, coauteur du travail de Qian Yuan. En étudiant les roches lunaires, Steeven Desch a montré qu’elles ont une proportion d’hydrogène par rapport au deutérium (un isotope de l’hydrogène) plus forte que les matériaux terrestres. Cette mesure suggère que Theia était un objet massif, probablement plus dense que la Terre, car il faut une forte gravité pour retenir l’hydrogène, par nature très volatil.

Cette hypothèse de la collision avec Theia a également le mérite d’expliquer le gigantisme des LLSVP, dont la masse est 6 fois supérieure à celle de la Lune !

Le scénario de collision envisagé par Qian Yuan.
Le scénario de collision envisagé par Qian Yuan. 

Une hypothèse à vérifier sur la Lune

« Si notre hypothèse est juste, on s’attend à trouver des points communs entre les roches du manteau lunaire et celles sur Terre associées aux LLVSP », avance Qian Yuan. Par chance, les contours des LLSVP sont très irréguliers et en quelques points, ils se rapprochent de la surface. C’est le cas en Islande, aux iles Samoa, aux Galapagos et à Hawaï. Les laves issues de ces points chauds ont une signature chimique unique, avec notamment une teneur supérieure à la moyenne en hélium 3.

Hélas, aucun échantillon des missions Apollo ne donne accès au manteau lunaire pour comparer sa composition à celle des laves liées aux LLSVP. Il faudrait des roches issues des plus grands impacts lunaires, comme on en trouve vers le pôle Sud de la Lune. La Nasa et la Chine ont toutes les deux des missions programmées à destination de cette zone. Il faudra donc patienter quelques années avant de pouvoir vérifier l’hypothèse de Qian Yuan.

Une idée déjà controversée   

La théorie du jeune chercheur a en tout cas le mérite de pouvoir se confronter à l’expérience. Mais elle ne manque pas de s’attirer les critiques. « Pour moi, ce n’est pas sérieux, tranche James Badro, directeur de recherche à l’IPGP. Ce n’est pas parce que l’on peut trouver une simulation particulière dans laquelle l’impact avec Theia produit des LLSVP, que ces LLSVP ont été produites par Theia. C’est juste une hypothèse, mais pas une preuve. C’est de la science spectacle ». Actuellement, ces structures sont expliquées comme une accumulation d’anciennes croûtes océaniques emportées vers le fond du manteau terrestre par les mécanismes de subduction.

D’autres spécialistes accueillent néanmoins l’hypothèse iconoclaste avec plus de bienveillance. « Je pense que cette idée est tout à fait viable tant que quelqu’un ne me démontre pas le contraire », ironise Edward Garnero, planétologue à l’université d’Arizona.

En tout cas, si l’intuition de Qian Yuan se révélait juste, il serait fascinant de penser que les flots de lave qui dévalent actuellement les pentes du mont Fagradalsfjall en Islande seraient les reliquats d’une planète disparue il y a 4,5 milliards d’années. Pour les habitants des environs, les saucisses qu’ils viennent faire griller sur la lave rougeoyante n’auraient sans doute pas la même saveur si on leur apprenait que leur barbecue est d’origine extraterrestre.

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