Mise à jour 6 Mai 2025

CONFÉRENCE de Thérèse ENCRENAZ

Astrophysicienne au LESIA sur :

 « L'ORIGINE DE L'EAU TERRESTRE »

Organisée par la SAF

En direct du siège et par téléconférence

Le Samedi 29 Mars 2025 à 15H00

À l'occasion de la réunion de la Commission de Planétologie

Photos : TM pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)

Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos et des animations.

Le conférencier a eu la gentillesse de nous donner sa présentation, elle est disponible sur ma liaison ftp et se nomme :

origine-eau.pdf, qui se trouve dans le dossier PLANETOLOGIE-SAF/ saison 2024-2025.

Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.

Cette session était retransmise sur Zoom.

La vidéo se trouve ici : https://youtu.be/T9FQu2gmeLo

Elle est classée dans la playlist commission Planétologie de la SAF :

https://saf-astronomie.fr/planetologie/ 

et la playlist : https://www.youtube.com/playlist?list=PL78ug7UrzPF3GO6qPac6isuQ1Gm5aIGJa

désolé je n’ai pas pu y assister, j’étais à l’hôpital ! Merci à Gilles pour l’animation.

Suite à un article de Thérèse paru récemment dans l’Astronomie, j’avais pensé que ce sujet de l’origine de l’eau terrestre serait idéal pour notre commission de Planétologie.

Thérèse Encrenaz et Gilles Dawidowicz en plein réglages.

Thérèse Encrenaz est astrophysicienne au LESIA (Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en Astrophysique).

​Le LESIA (Laboratoire d’Études Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique), qui était l’un des départements scientifiques de l’Observatoire de Paris-PSL, a récemment changé de nom suite à une réorganisation majeure. Depuis 2025, il est désormais intégré au LIRA

Le LIRA regroupe des équipes issues du LESIA, du LERMA (Laboratoire d’Étude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique) et du GEPI (Galaxies, Étoiles, Physique et Instrumentation). Avec près de 300 membres, le LIRA est l’un des plus grands laboratoires français en astrophysique

Introduction :

L’eau est une molécule omniprésente dans l’Univers, elle a un rôle essentiel dans la formation des planètes du système solaire et dans l’évolution des planètes telluriques.

L’eau est une molécule toute simple.

L’eau liquide (H2O) est un traceur possible de la présence de vie sur les exoplanètes

L’eau ; une molécule toute simple qui possède les propriétés suivantes :

·         Présente sur la Terre sous ses trois formes : solide, liquide, vapeur, avec cette caractéristique fondamentale : la glace est moins dense que l’eau. Imaginez un monde où ce ne le serait pas

·         Liquide sur un large intervalle de températures

·         Excellent solvant, favorise les réactions chimiques

·         Amortisseur thermique

·         Rôle essentiel dans le développement de la vie

D’où la question essentielle : d’où vient notre eau ????

PLAN DE LA PRÉSENTATION :

• Le modèle de formation des planètes du Système solaire

• La formation des océans

• Le rapport D/H: un diagnostic de l’origine de l’eau terrestre

• D/H dans les comètes

• D/H dans les chondrites carbonées et enstatiques

• Une nouvelle théorie : un disque de vapeur d’eau formé lors d’une phase d’activité du jeune Soleil

• Conclusions

FORMATION DES PLANÈTES DU SYSTÈME SOLAIRE.

On part d’une nébuleuse en rotation qui s’effondre sur elle-même par action de la gravitation, formation d’une étoile centrale et sillons dans le disque de matière, formation des planètes et disparition du disque.

Tout cela est très bref approx 10 millions d’années ! alors que le système solaire a 4,5 milliards d’années d’existence.

Sur le graphique ci-contre : formation des planètes telle qu’on l’imagine, à partir de noyaux solides.

Entre planètes rocheuses denses et petites près du Soleil et planètes gazeuses plus éloignées avec des noyaux de roches et de glaces, se trouve la ligne des glaces.

Mais les planètes une fois formées, se produit alors le phénomène de migration concept émis par le groupe de Nice de A. Morbidelli.

Pour faire court :

·         Migration interne de Jupiter près de l’orbite de Mars, ensuite

·         Opère un demi-tour (le Grand Tack) avec Saturne.

·         Injection d’astéroïdes hydratés dans la ceinture principale,

·         Vers les 800 millions d’années se produit le grand bombardement tardif (LHB) dû à la résonance Jupiter/Saturne.

·         Se produit alors une deuxième phase d’éjection de petits corps et la migration vers l’extérieur d’Uranus et de Neptune.

Graphique expliquant ces différentes phases du modèle Grand Tack.

L’échelle verticale représente le temps en millions d’années, l’échelle horizontale est la distance au Soleil.

Vers les 0,6 million d’années, on a un mélange au niveau de la ceinture principale d’astéroïdes rocheux et hydratés (points rouges et bleus).

Ensuite il faut attendre longtemps avant qu’il ne se passe quelque chose : le LHB vers les 800 Ma.

On entre en plein maintenant dans ce que l’on appelle le modèle de Nice, Jupiter et Saturne entrent en résonance provoquant un bouleversement de notre système solaire principalement au niveau des petits corps.

Crédit illustration : De Meo & Carry Nature 2014.

LA FORMATION DES OCÉANS TERRESTRES.

On sait qu’ils se sont formés très vite (<150 Ma) grâce à la datation des Zircons qui ne peuvent se former qu’en présence d’eau., époque probablement contemporaine avec la collision de Théia avec la Terre qui a donné naissance à la Lune.

Cet impact aurait-il jouer un rôle dans l’eau terrestre ?

Ou alors l’eau se serait formée avant cet impact ou après grace aux chutes de météorites et de comètes.

C’est cette dernière hypothèse qui prévalait jusqu’à présent.

L’importance du rapport D/H.

NOTE PERSONNELLE :

La glace d’eau constituant une grande partie des petits corps, il n’est pas inintéressant de se poser la question de savoir, si cette eau (glace) est la même que l’eau des océans terrestres, ce qui nous donnerait une information sur l’origine de cette eau.

Un facteur déterminant est l’étude du rapport D/H de l’eau, D représentant le Deutérium, un isotope de l’Hydrogène (l’Hydrogène « lourd ») et H l’Hydrogène « normal ».

Le rapport D/H, rapport entre la quantité de Deutérium (isotope de l’Hydrogène avec un neutron de plus dans le noyau) et l’Hydrogène « normal » (seulement un proton dans le noyau, donc deux fois moins lourd que D), donne une indication de l’origine de l’eau (l’eau peut être soit H20 soit HDO, eau semi-lourde ; soit D2O, eau lourde ; où un ou deux D a remplacé un H) dans le système solaire

Or il semble que l’enrichissement de l’eau en Deutérium soit antérieur à la formation du système solaire, il ne s’effectue que dans le milieu interstellaire froid.

Le rapport D/H est un marqueur des zones froides du système solaire (10 à 30K), s’il est élevé, cela signifie que le corps dont il est issu provient des zones froides (extérieures) du disque proto planétaire.

Donc on s’attendrait à avoir un D/H plus grand pour les comètes que pour les planètes géantes, car formées plus loin.

Le rapport D/H sur Terre est de l’ordre de 1/6000 (ou 0,016%) alors qu’il est dans les comètes et suivant les différentes mesures de 1/3000 à 1/6000.

Cela tendrait à prouver que l’eau terrestre viendrait en partie des comètes, lors des incessants bombardements au début du système solaire.

On s’est posé une question similaire concernant l’azote terrestre, en étudiant le rapport N15/N14, on ne trouve pas tout à fait la même chose entre la Terre et les comètes. L’azote ne proviendrait donc qu’en petite partie des comètes.

Le deutérium a été produit par la nucléosynthèse primordiale juste après le BB.

Le D/H augmente quand la température diminue, notamment dans la glace d’eau.

Le D/H primordial (donc en phase gazeuse) est de 2,5 10^-5

Le D/H des océans terrestres est de 1,56 10^-4 (VSMOW : Vienna Standard Mean Ocean Water)

Cette valeur est proche des corps glacés situés au-delà de la ligne des glaces.

Le D/H terrestre semble favoriser pour les océans une origine externe provenant du Système solaire extérieur

L’ORIGINE DES COMÈTES.

Il y a dans notre système solaire deux réservoirs de comètes :

·         La ceinture de Kuiper située au-delà de Neptune et s’étendrait entre 30 et 50 UA
elle abrite les comètes de courtes périodes et de faibles inclinaisons.

·         Le nuage de Oort situé aux confins de notre système solaire vers les 50.000 à 100.000 UA
il abrite les comètes à longues périodes et à fortes et faibles inclinaisons.

BILAN DU D/H DANS LE SYSTÈME SOLAIRE.

Illustration : le rapport D/H dans le système solaire. Crédit : Altwegg et al. 2014

Les données sont regroupées par couleur :

Planètes et lunes en bleu Les météorites chondritiques (originelles) en gris

Les comètes originaires du nuage de Oort en violet Les comètes de la ceinture de Kuiper en rose La comète 67P en jaune (5,3 10-4).

Les comètes ont un D/H entre 1 et 3 fois la valeur terrestre.

La partie inférieure du graphique indique les valeurs de D/H dans les atmosphères des planètes géantes et une estimation de cette valeur dans la nébuleuse proto solaire. La ligne bleue horizontale correspond à l’eau terrestre (SMOW = 1,56 10-4)

Les ronds sont des mesures obtenues par observations astro en IR lointain depuis l’espace et les losanges par mesure in-situ.

UNE HYPOTHÈSE NOUVELLE.

Tout a commencé avec Darius Lis du Caltech et des collègues de l’Observatoire de Paris ; ils ont remarqué qu’il y avait une décroissance du D/H en fonction de la fraction de la surface active, les comètes hyper actives avaient un D/H proche de la valeur terrestre alors que les comètes peu actives avaient des enrichissements d’un facteur de 2 ou 3.

Ils en déduisirent que le D/H pouvait avoir deux sources :

·         D’une part le noyau enrichi en D/H et

·         Des grains de glace qui sont éjectés au moment de la sublimation dus à la température et dont le D/H serait terrestre.

Cela produirait des réactions de fractionnement qui enrichiraient le D/H.

Le D/H ne dépendrait pas de l’origine des comètes.

Dans ce cas, les comètes pourraient toutes avoir (avant fractionnement) un D/H terrestre et être à l’origine de l’eau des océans.

UNE AUTRE HYPOTHÈSE PLUS RÉCENTE.

Un peu plus iconoclaste mais très originale celle-là, elle fait appel aux astéroïdes hydratés.

On a longtemps pensé que la Terre étant « sèche » à l’origine, l’eau serait venue des impacts d’astéroïdes riches en eau, mais Quentin Kral, de l’Observatoire de Paris, et ses collègues proposent un nouveau scénario qui se dispense de ces collisions.

L’eau proviendrait du dégazage de vapeur d’eau des astéroïdes riches en eau dans le disque protoplanétaire. Un énorme nuage de vapeur d’eu entourerait la ceinture d’astéroïdes et se propagerait vers les planètes rocheuses.

L’eau serait arrivée sur Terre vers les 30 millions d’années due à un pic d’activité du Soleil à cette époque.

En bâtissant différents modèles, les chercheurs ont montré que la quantité d’eau produite était compatible avec celle de nos océans actuels et pour Mars cette eau aurait disparu à cause notamment de sa faible gravité.

CONCLUSIONS.

La théorie du disque de vapeur d’eau permet d’expliquer la présence d’eau sur Terre vers les 30 Ma avant la formation de la Lune.

On ne fait pas appel aux différents impacts et bombardements.

Néanmoins, cette hypothèse est à vérifier.

Peut-être avec la future mission PRIMA de la NASA et du CEA.

POUR ALLER PLUS LOIN :

Quelques ouvrages de Thérèse Encrenaz :

À la recherche de l'eau dans l'Univers par Th. Encrenaz 

Les planètes extra solaires par Th Encrenaz chez Belin

Les planètes, les nôtres et les autres par Th Encrenaz chez EDP

L'exploration des planètes par Th. Encrenaz et J. Lequeux chez Belin

À la rencontre des comètes par Th Encrenaz et J Lequeux chez Belin

Nouveau rebondissement dans les mystérieuses origines de l’eau sur Terre

L’histoire du système solaire vue par les petits corps par Benoit Carry de Nice

Terrestrial deuterium-to-hydrogen ratio in water in hyperactive comets de D Lis Caltech et notamment N Biver de l’Obs de Paris

Solar System evolution from compositional mapping of the asteroid belt

An impact-free mechanism to deliver water to terrestrial planets and exoplanets. De Q Kral et al

Origine de l’eau sur Terre : un nouveau scénario sans bombardement de comètes ou d’astéroïdes

How did Earth get its water?

Une nouvelle théorie pour expliquer l’origine de l’eau sur Terre

PROCHAINE RÉUNION DE LA COMMISSION DE PLANÉTOLOGIE :

À DÉFINIR.

PROCHAINE CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF :

Prochaine conférence SAF devant public :

le mercredi 14 Mai (CNAM amphi déterminé quelques jours avant°) 19 H    avec Pierre LÉNA

Astrophysicien Obs de Paris, Académicien des sciences sur

« Les humains et le ciel : six mille ans d’histoire. A propos de "l’Atlas historique du ciel"»

Réservation comme d’habitude à partir du 10 Avril 9h00 ou à la SAF directement.  
La suivante : le 11 Juin :      Transmission en direct sur le canal YouTube de la SAF :
 https://www.youtube.com/channel/UCD6H5ugytjb0FM9CGLUn0Xw/feautured

Bon ciel à tous

Jean Pierre Martin   Secrétaire de la commission de planétologie de la SAF

www.planetastronomy.com

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