Système solaire : les astronomes ne croient plus au « Grand Bombardement tardif »

Vue d'artiste du Grand Bombardement tardif. © Nasa/JPL-Caltech
Née de l’analyse des échantillons Apollo, la thèse d’un bombardement cataclysmique de météorites survenu il y a 3,9 milliards d’années ne fait plus foi. Aujourd’hui, un faisceau d’indices met à mal le scénario du Grand Bombardement tardif, pourtant en vogue depuis 40 ans.

Certains parlent d’une petite révolution, d’autres préfèrent évoquer un « changement de paradigme ». Qu’importe le vocabulaire employé, les planétologues disent adieu à l’une de leurs hypothèses sur l’histoire du Système solaire : celle du Grand Bombardement tardif. Selon ce scénario, la Terre et la Lune auraient connu un cataclysme il y a 3,9 milliards d’années, soit 600 et 500 millions d’années après leur formation respective.

Astéroïdes et comètes les auraient soudainement percutées, bien que le trafic dans le Système solaire se soit progressivement calmé, passé sa formation il y a 4,5 milliards d’années (4,5 Ga). Parfois présenté comme l’un des héritages scientifiques des missions Apollo, souvent associé à une arrivée tardive de l’eau ou des briques élémentaires de la vie sur Terre, le Grand Bombardement tardif n’aurait en réalité pas eu lieu.

Une nouvelle analyse des échantillons Apollo

A. Morbidelli.  © Y.-C. Monaco

« Les chercheurs qui abandonnent ce scénario deviennent majoritaires », souligne Alessandro Morbidelli, planétologue à l’observatoire de la Côte d’Azur. « C’est une évolution de ces dernières années. En réexaminant les échantillons lunaires, notamment ceux d’Apollo 16, nous avons commencé à douter de leurs premières analyses », confirme Jean-Marc Petit, de l’université de Franche-Comté.

C’est en effet en étudiant les roches lunaires rapportées par le programme Apollo qu’est né le scénario. On y remarque dès les années 1970 l’étrange absence de traces d’impacts antérieurs à 4,0 Ga. Cette première analyse est confirmée en 1990 avec la découverte dans ces roches d’un pic d’activité entre 3,85 et 4,00 Ga. Les fondements de ce que Bill Hartmann (Institut de science planétaire, Tucson) et Alessandro Morbidelli qualifient de « paradigme long de 40 ans ».

Mais à la lumière de nouvelles analyses, l’hypothèse d’un biais d’échantillonnage (ces roches proviennent seulement de six sites) ou d’une disparition des traces les plus anciennes a récemment refait surface. « Grâce à des techniques nanométriques, on peut maintenant voir à l’intérieur des roches s’il y a des inclusions, des impacts plus anciens. Par exemple à 4,2, 4,3, 4,4 Ga. C’est ce qui est actuellement mené », explique Alessandro Morbidelli.

La réponse dans le fer

Mais ce n’est pas tout. De nouveaux travaux indiquent que la quantité de matière accumulée par la Lune entre 4,4 GA (âge de sa formation) et 3,9 Ga n’est pas si maigre que l’on supposait. Cette masse totale peut être déduite de la teneur en iridium, palladium et autres éléments « sidérophiles » (qui aiment se lier au fer) présents dans le manteau lunaire. Puisque ces éléments arrivent à dos de météorites, moins ils sont nombreux, moins la Lune doit avoir collecté (ou « accrété » comme disent les astronomes) de masse avant 3,9 milliards d’années.

Recueil d’échantillons lors de la mission Apollo 16. Une nouvelle analyse des roches lunaires contredit l'hypothèse du Grand Bombardement tardif, survenu 600 millions d’années après la naissance du Système solaire.  © Nasa

Or, on constate depuis toujours que les éléments sidérophiles sont rares sur la Lune, donc le nombre de météorites arrivées après sa formation il y a 4,4 Ga doit être faible. Sauf… si les traces des premières d’entre elles ont disparu, comme l’indiquent les travaux de David Rubie, publiés en 2016 dans Science. « Le fer étant plus dense que le magma. Il plonge vers le centre de la Lune tant que celle-ci ne s’est pas solidifiée. On a ici découvert que les éléments sidérophiles ont continué de plonger dans le noyau pendant plus longtemps qu’on ne le pensait. Pendant que le magma se cristallisait, une phase qui peut durer 200 millions d’années », détaille Alessandro Morbidelli, coauteur de cette étude de 2016.

La faible teneur en éléments sidérophiles serait ainsi due à leur disparition régulière sur un temps prolongé, et non à la rareté des chutes de météorites. « La quantité totale de masse accrétée par la Lune doit être 10 fois supérieure à ce que l’on pensait. Il est de nouveau possible que le bombardement lunaire ait été dès 4,4 Ga très élevé et ait naturellement diminué dans le temps pour atteindre le taux que l’on mesure à 3,9 Ga », ajoute le spécialiste. Une évolution décrite par une courbe décroissante, dont la forme évoque celle d’une « queue d’accrétion » (accretion tail en anglais).

Pas de brusque pluie d’astéroïdes survenu bien après la formation de la Terre

Dans ce contexte, plus besoin d’invoquer un regain de météorites vers 3,9 Ga, autrement dit d’un bombardement tardif. Plus besoin non plus de partir à la recherche d’une population d’astéroïdes qui, voici 3,9 Ga, se serait mise à sillonner le Système solaire pour percuter la Terre et son satellite. On pensait de tels projectiles issus de la Ceinture d’astéroïdes, établie entre Mars et Jupiter, délogés de leur emplacement par des perturbations gravitationnelles provoquées par Jupiter et Saturne.

D. Nesvorny. © DPS-EPSC

Mais de récentes simulations publiées en 2017 par David Nesvorny (université de Boulder, Colorado) ont montré que ce réservoir n’était en réalité pas assez peuplé. Un autre argument allant à l’encontre de la thèse du Grand Bombardement tardif. Quant aux responsables de la prise de masse lunaire entre 4,4 et 3,9 Ga ? « Pas ces astéroïdes-là, mais plutôt les planétésimaux rescapés de la formation des planètes, encore présents près de la Terre », suggère Alessandro Morbidelli.

Pourtant, les perturbations gravitationnelles engendrées par les planètes géantes, et capables de dévier les orbites des astéroïdes ont bien eu lieu. D’après le modèle de Nice, élaboré en 2004 dans la ville du même nom, les quatre planètes géantes ont connu une grande instabilité gravitationnelle qui a provoqué leur soudaine migration au sein du Système solaire. Uranus et Neptune se sont même éloignées de l’astre du jour au point de littéralement traverser le disque de planétésimaux au-delà de l’orbite de cette dernière. « Un énorme bazar qui a éjecté certains corps vers les planètes telluriques, d’autres vers l’extérieur du Système solaire quand certains sont restés dans la Ceinture de Kuiper voisine », décrit Jean-Marc Petit. « C’était là une explication possible pour le Grand Bombardement tardif », ajoute le dynamicien.

Juste après leur formation, les planètes géantes auraient migré au sein du Système solaire et perturbé les astéroïdes. Ce scénario baptisé "modèle de Nice" n'est lui pas remis en cause. © SkyWorks

Faut-il aussi oublier l’hypothèse de ce grand chambardement planétaire ?  « Non. Le modèle de Nice est incontournable pour expliquer la structure actuelle du Système solaire. Mais il est agnostique du point de vue de la date », répond Alessandro Morbidelli, qui en a élaboré le scénario. Autrement dit, l’instabilité a bien eu lieu. Reste à savoir quand. Et vraisemblablement plus tôt que tard. « Le Grand Bombardement tardif nous imposait de faire des hypothèses coûteuses pour retarder au plus tard cette instabilité », précise le chercheur. De ce point de vue, s’en débarrasser enlève une épine du pied des planétologues.

Sur les traces d’une neuvième planète

Mieux, en le faisant survenir plus tôt, le bouleversement planétaire décrit par le modèle de Nice pourrait maintenant expliquer d’autres épisodes iconiques de notre histoire. Comme celui de l’impact géant entre Théia et notre Terre, quelque 100 millions d’années après sa formation. Un impact qui a abouti à la naissance de la Lune. « On commence à y travailler » témoigne Alessandro Morbidelli.

Quant à une cinquième planète géante éjectée par ses voisines pendant cette grande instabilité, les astronomes intègrent cette éventualité dans leurs simulations. Cet astre est-il devenu la neuvième planète dont on sent la présence au-delà de Neptune ? Saura-t-on un jour où braquer nos télescopes pour confirmer qu’elle existe vraiment ? Comme souvent, ce que nous promet le futur dépendra de ce que l’on a compris… de notre passé.

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