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et les impacts météoritiques |
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Un cratère
est une cavité de forme plus ou moins circulaire creusée à la surface
d'une planète![]() ![]() ![]() ![]() - ![]()
La plupart des objets solides du Système solaire montrent les effets des impacts, remontant souvent à l'époque où de nombreux débris du processus de formation de notre système étaient encore présents. Sur Terre, cette longue histoire a été effacée par une géologie active, et seuls des cratères formés par des impacts récents subsistent. Sur la Lune, en revanche, la majeure partie de l'histoire de l'impact est préservée. Si l'on comprend ce qui s'est passé sur la Lune, on peut espérer appliquer cette connaissance aux autres objets présentant une surface cratérisée. La Lune est aussi particulièrement intéressante car elle partage l'histoire de la Terre depuis plus de 4 milliards d'années et a conservé les traces d'événements dont la trace est perdue sur la Terre. Les cratères de la LuneLe processus de cratérisation.Commençons par remarquer que les cratères sont très généralement circulaires et non ovales comme on aurait pu l'attendre dans le cas d'impacts sous des angles incidents très variés. La raison réside dans la vitesse de libération, c'est-à -dire la vitesse minimale qu'un corps doit atteindre pour se détacher définitivement de la gravité d'un autre corps; c'est aussi la vitesse minimale avec laquelle un projectile s'approchant de la Terre ou de la Lune frappera. Attiré par la gravité du corps plus grand, le morceau entrant frappe avec au moins une vitesse d'échappement, qui est de 11 kilomètres par seconde pour la Terre et de 2,4 kilomètres par seconde pour la Lune. À cette vitesse de fuite s'ajoute la vitesse que le projectile avait déjà par rapport à la Terre ou à la Lune, typiquement 10 kilomètres par seconde ou plus. À ces vitesses, l'énergie d'impact produit une violente explosion qui creuse un grand volume de matière de façon symétrique. Des photographies de cratères de bombes et d'obus sur Terre confirment que les cratères d'explosion sont toujours essentiellement circulaires. Les corps qui ont
creusé des cratèreé à la surface de la Lune et des autres planètes
étaient donc très rapides. Lorsqu'un tel projectile frappe une planète,
il pénètre dans le sol sur une profondeur de deux ou trois fois son propre
diamètre avant de s'arrêter. Pendant quelques secondes, son énergie
cinétique est transférée en une onde de choc (qui se propage à travers
le corps impacté) et en chaleur (qui vaporise la majeure partie du projectile
et une partie du terrain environnant). L'onde de choc fracture la roche
autour du point d''impact, tandis que la vapeur de silicate en expansion
génère une explosion similaire à celle d'une bombe nucléaire qui a
explosé au niveau du sol. La taille du cratère excavé dépend principalement
de la vitesse d'impact, mais elle est généralement de 10 à 15 fois le
diamètre du projectile.
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Une explosion d'impact du type décrit ci-dessus conduit à un type de cratère caractéristique. La cavité centrale est initialement en forme de bol (le mot cratère vient du mot grec qui signifie bol), mais le rebond de la croûte la remplit partiellement, produisant un sol plat et créant parfois un pic central. Autour du bord, des glissements de terrain créent une série de terrasses. Le bord du cratère est relevé par la force de l'explosion, de sorte qu'il s'élève au-dessus du sol et du terrain adjacent. Autour se trouve une couverture d'éjectas constituée du matériau projeté par l'explosion. Ces débris retombent pour créer une région accidentée et vallonnée, généralement à peu près aussi large que le diamètre du cratère. Lorsque l'impact a été plus violent, des éjectas supplémentaires tombent à de plus grandes distances du cratère, creusant souvent de petits cratères secondaires là où les débris projetés ont heurté la surface. Certains de ces flux d'éjectas peuvent s'étendre sur des centaines, voire des milliers de kilomètres du cratère, créant les rayons lumineux du cratère qui sont bien visibles sur les photos lunaires prises vers le moment de la pleine lune. Les rayons les plus brillants sont associés à de grands et jeunes cratères tels que Képler et Tycho. Utilisation des
dénombrements de cratères.
Il est impossible
de mesurer directement la vitesse à laquelle les cratères se forment
sur la Terre et la Lune, car l'intervalle moyen entre les grands impacts
de formation de cratères est plus long que toute la durée de l'histoire
humaine. Cependant, le taux de cratérisation peut être estimé à partir
du dénombrement des cratères sur les mers lunaires ou calculé à partir
du nombre de d'impacteurs potentiels (astéroïdes et noyaux de comètes)
présents dans le Système solaire aujourd'hui. Les deux raisonnements
conduisent à peu près aux mêmes estimations.
![]() Le cratère Copernic a un diamètre de 93 km. Avec ses remparts en terrasse et son pic central, il est typique des cratères de cette taille. Photo : Expédition Apollo 17, 1972 (Nasa). Pour la Lune, ces calculs indiquent qu'un cratère d'un kilomètre de diamètre devrait être produit tous les 200 000 ans environ, un cratère de 10 kilomètres tous les quelques millions d'années et un ou deux cratères de 100 kilomètres tous les milliards d'années. Si le taux de cratérisation est resté le même, nous pouvons comprendre combien de temps il a fallu pour former tous les cratères que nous voyons cribler les mers lunaires. Les calculs montrent qu'il aurait fallu plusieurs milliards d'années. Ce résultat est similaire à l'âge déterminé pour les mers lunaires à partir de la datation radioactive des échantillons recueillis, et qui sont âgés de 3,3 à 3,8 milliards d'années. Le fait que ces deux calculs concordent suggère que l'hypothèse originale des astronomes était juste. Nous avons de bonnes raisons de croire, cependant, qu'il y a moins de 3,8 milliards d'années, les taux d'impact devaient être beaucoup plus élevés. Cela devient immédiatement évident lorsque l'on compare le nombre de cratères des hautes terres lunaires avec ceux des mers lunaires. Typiquement, il y a 10 fois plus de cratères sur les hauts plateaux que sur une zone similaire des mers. Pourtant, la datation radioactive des échantillons des hautes terres a montré qu'ils ne sont qu'un peu plus âgés que les mers, généralement 4,2 milliards d'années plutôt que 3,8 milliards d'années. Si le taux d'impact avait été constant tout au long de l'histoire de la Lune, les hautes terres auraient dû être au moins 10 fois plus anciennes. Ils auraient donc dû se former il y a 38 milliards d'années, bien avant le début de l'univers lui-même. En science, lorsqu'une
hypothèse conduit à une conclusion invraisemblable, nous devons revenir
en arrière et réexaminer cette hypothèse - dans ce cas, le taux d'impact
constant. La contradiction est résolue si le taux d'impact a varié dans
le temps, avec un bombardement beaucoup plus important il y a 3,8 milliards
d'années. Ce «-bombardement
massif » a produit la plupart des cratères que nous voyons aujourd'hui
dans les hautes terres.
![]() Evolution du taux de formation de cratères sur la Lune depuis 4,3 milliards d'années. L'idée que de gros impacts (en particulier au début de l'histoire du Système solaire) ont joué un rôle majeur dans la formation des planètes ne s'accorde pas seulement à ce que l'on peut déduire de l'étude de la Lune. Il existe d'autres indications montrant qu'un certain nombre des caractéristiques actuelles de notre Système sont dues à son passé violent. Les cratères météoritiques de la TerreOù sont les cratères sur Terre?La Terre ne peut pas avoir échappé au bombardement par des débris interplanétaires qui a frappé la Lune. Bien sûr, la friction avec notre atmosphère consumme les petits fragments de débris cosmiques pour donner lieu au phénomène des étoiles filantes, mais, l'atmosphère offre un bouclier bien insuffisant contre les grands impacts, comme ceux qui formentdes cratères de plusieurs kilomètres de diamètre et qui sont communs sur la Lune. Au cours de son histoire, la Terre a donc dû être aussi fortement impactée que la Lune. La différence est que, sur Terre, ces cratères sont détruits par une activité géologique intense qui renouvelle en permanence la surface de la planète. Les cicatrices des anciens impacts ne peuvent pas s'accumulert. Ce n'est qu'au cours des dernières décennies que les géologues ont réussi à identifier les restes érodés de nombreux cratères d'impact.
Impacts récents.
L'événement
de la Tunguska.
Malgré cette violence,
aucun cratère n'a été formé par l'explosion de la Tunguska. Brisé
par la pression atmosphérique, le projectile pierreux d'une masse d'environ
10 000 tonnes s'est désintégré au-dessus de la surface de notre planète
pour créer une explosion équivalente à une bombe nucléaire de 5 mégatonnes.
S'il avait été plus petit ou plus fragile, le corps impactant aurait
dissipé son énergie à haute altitude et n'aurait probablement attiré
aucune attention. Aujourd'hui, ces explosions atmosphériques à haute
altitude sont surveillées régulièrement par des systèmes de surveillance
militaires.
![]() Cette photographie prise 21 ans après l'événement de la Tunguska montre les dégâts causés sur la forêt par l'explosion. S'il avait été plus grand ou fait d'un matériau plus solide (comme du métal), le projectile de la Tunguska aurait atteint la surface du sol et aurait explosé pour former un cratère. Au lieu de cela, seuls la chaleur et le choc de l'explosion atmosphérique ont atteint la surface. Imaginez si le même impacteur rocheux avait explosé au-dessus d'une zone très peuplée; les livres d'histoire pourraient aujourd'hui l'enregistrer comme l'un des événements les plus meurtriers de l'histoire humaine. L'événement
de Tcheliabinsk.
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Extinction
de masse.
L'impact important
le mieux documenté s'est produit il y a 65 millions d'années, à la fin
du Crétacé, et qu'on appelle l'événement
K-T, ou événement d'extinction de masse du Crétacé-Tertiaire. Cet épisode
violent est marqué par une extinction massive : 70% des espèces vivantes
de notre planète se sont éteintes. Il existe au moins une douzaine d'extinctions
de masse dans les archives géologiques, mais cet événement particulier
a toujours intrigué les paléontologues car il marque la fin de l'âge
des Dinosaures. Pendant des dizaines de millions
d'années, ceux-ci avaient prospéré. Puis, ils ont soudainement disparu
(ainsi que de très nombreuses autres espèces), et par la suite, les Mammifères
ont commencé le développement et la diversification qui a vu l'émergence
de l'Humain.
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L'objet qui est entrĂ© en collision avec la Terre Ă la fin du CrĂ©tacĂ©, et dont on pense qu'il est le responsable principal de cette extinction massive, a frappĂ© une mer peu profonde dans une rĂ©gion qui est maintenant occupĂ©e par la pĂ©ninsule du Yucatan au Mexique. Sa masse devait ĂŞtre supĂ©rieure Ă un milliard de tonnes, Ă en juger par l'Ă©tude d'une couche de sĂ©diments dĂ©posĂ©s Ă travers le monde par le nuage de poussière qui a enveloppĂ© la planète après son impact. IdentifiĂ©e pour la première fois en 1979, cette couche de sĂ©diments est riche en mĂ©taux (iridium et autres Ă©lĂ©ments) relativement abondants dans les astĂ©roĂŻdes et les comètes, mais extrĂŞmement rares dans la croĂ»te terrestre. De plus, elle contient de nombreux minĂ©raux caractĂ©ristiques des tempĂ©ratures et des pressions que l'on attend lors d'une gigantesque explosion. L'impact a creusĂ© un cratère de 200 kilomètres de diamètre et qui Ă©tait suffisamment profond pour pĂ©nĂ©trer Ă travers la croĂ»te terrestre. Ce grand cratère, nommĂ© Chicxulub du nom d'une petite localitĂ© près de son centre, a ensuite Ă©tĂ© enterrĂ© dans les sĂ©diments, mais ses contours peuvent encore ĂŞtre identifiĂ©s. L'explosion qui a crĂ©Ă© le cratère Chicxulub, si elle a Ă©tĂ© , comme on l'a dit, causĂ©e par un objet d'un milliards de tonnes, a soulevĂ© cent fois plus de poussière dans l'atmosphère. L'impact a dĂ» gĂ©nĂ©rer des tempĂŞtes de feu (dĂ©clenchĂ©es par les dĂ©bris chauds projetĂ©s par l'explosion), des raz de marĂ©e, des tremblements de terre et des ouragans. Mais surtout, cette Ă©norme quantitĂ© de matière en suspension dans l'air et rĂ©pandue tout autour de la planète a bloquĂ© la lumière du Soleil, plongeant la Terre dans une pĂ©riode de froid et d'obscuritĂ© qui a durĂ© plusieurs mois. De nombreuses plantes dĂ©pendantes du Soleil sont mortes, laissant des animaux mangeurs de plantes sans ressources alimentaires. Parmi les autres effets mondiaux, il y a dĂ» exister une longue pĂ©riode pendant laquelle les eaux de pluie Ă©taient acides. Ce sont donc ces effets environnementaux globaux, plutĂ´t que l'explosion elle-mĂŞme, qui sont responsables de l'extinction de masse. Il est clair que de nombreuses extinctions, peut-ĂŞtre les plus massives, sont le rĂ©sultat de diverses autres causes, mais dans le cas du tueur de dinosaures, l'impact cosmique a certainement jouĂ© un rĂ´le critique dans une sĂ©rie de troubles climatiques qui ont entraĂ®nĂ© l'Ă©vĂ©nement d'extinction de masse du CrĂ©tacĂ©-Tertiaire. Les impacts Ă
venir.
À partir des années 1990, quelques astronomes ont commencé à analyser le danger d'impact cosmique et à persuader le gouvernement de soutenir la recherche d'astéroïdes potentiellement dangereux. Plusieurs petits télescopes à champ large sophistiqués sont maintenant utilisés pour ce programme de recherche, qui s'appelle le NASA Spaceguard Survey. Nous savons déjà qu'il n'y a actuellement aucun astéroïde sur une trajectoire de collision avec la Terre qui soit aussi gros (10-15 kilomètres) que celui qui a tué les dinosaures. Le programme se concentre désormais sur la recherche de plus petits impacteurs potentiels. En 2015, la recherche
avait déniché plus de 15 000 astéroïdes proches de la Terre, dont la
plupart de ceux de plus d'un kilomètre. Aucun de ceux dĂ©couverts jusqu'Ă
présent ne représente un danger pour nous. Bien sûr, nous ne pouvons
pas faire une déclaration similaire sur les astéroïdes qui n'ont pas
encore été découverts, mais ceux-ci seront trouvés et évalués un
par un pour leur danger potentiel.
![]() Cratères d'impact en Mongolie et, ci-dessous au Congo (RDC). Sources : Nasa / Nasa Earth Obsertvatory. ![]() |
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