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Les cratères
et les impacts météoritiques
Un cratère est une cavitĂ© de forme plus ou moins circulaire creusĂ©e Ă  la surface d'une planète ou de tout astre prĂ©sentant une surface solide (cela peut donc ĂŞtre aussi un astĂ©roĂŻde ou une comète). 
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Il existe des cratères d'origine volcanique, lorsque l'activité interne de l'astre donne ou a donné lieu dans le passé à un volcanisme, ainsi que des cratères d'impact ou astroblèmes, causés par la collision violente d'un autre corps céleste (météorite, astéroïde, noyau ou fragment de noyau de comète). C'est de ces derniers qu'il sera question ici.
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Profils d'un cratčre volcanique et d'un cratčre d'impact.
     Volcan terrestre      Cratère d'impact lunaire

La plupart des objets solides du Système solaire montrent les effets des impacts, remontant souvent Ă  l'Ă©poque oĂą de nombreux dĂ©bris du processus de formation de notre système Ă©taient encore prĂ©sents. Sur Terre, cette longue histoire a Ă©tĂ© effacĂ©e par une gĂ©ologie active, et seuls des cratères formĂ©s par des impacts rĂ©cents subsistent. Sur la Lune, en revanche, la majeure partie de l'histoire de l'impact est prĂ©servĂ©e. Si l'on comprend ce qui s'est passĂ© sur la Lune, on peut espĂ©rer appliquer cette connaissance aux autres objets prĂ©sentant une surface cratĂ©risĂ©e. La Lune est aussi particulièrement intĂ©ressante car elle partage l'histoire de la Terre depuis plus de 4 milliards d'annĂ©es et  a conservĂ© les traces d'Ă©vĂ©nements dont la trace est perdue sur la Terre.

Les cratères de la Lune

Le processus de cratérisation.
Commençons par remarquer que les cratères sont très gĂ©nĂ©ralement circulaires et non ovales comme on aurait pu l'attendre dans le cas d'impacts sous des angles incidents très variĂ©s. La raison rĂ©side dans la vitesse de libĂ©ration, c'est-Ă -dire la vitesse minimale qu'un corps doit atteindre pour se dĂ©tacher dĂ©finitivement de la gravitĂ© d'un autre corps; c'est aussi la vitesse minimale avec laquelle un projectile s'approchant de la Terre ou de la Lune frappera. AttirĂ© par la gravitĂ© du corps plus grand, le morceau entrant frappe avec au moins une vitesse d'Ă©chappement, qui est de 11 kilomètres par seconde pour la Terre et de 2,4 kilomètres par seconde pour la Lune. Ă€ cette vitesse de fuite s'ajoute la vitesse que le projectile avait dĂ©jĂ  par rapport Ă  la Terre ou Ă  la Lune, typiquement 10 kilomètres par seconde ou plus. Ă€ ces vitesses, l'Ă©nergie d'impact produit une violente explosion qui creuse un grand volume de matière de façon symĂ©trique. 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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Formation d'un cratčre d'impact.
Étapes de la formation d'un cratère d'impact. a) L'impact se produit. (b) Le projectile se vaporise et une onde de choc se propage à travers la roche lunaire. (c) Les éjectas sont expulsés hors du cratère. (d) La plupart des matériaux éjectés retombent pour recouvrir le cratère.

Une explosion d'impact du type dĂ©crit ci-dessus conduit Ă  un type de cratère caractĂ©ristique. La cavitĂ© centrale est initialement en forme de bol (le mot cratère vient du mot grec qui signifie bol), mais le rebond de la croĂ»te la remplit partiellement, produisant un sol plat et crĂ©ant parfois un pic central. Autour du bord, des glissements de terrain crĂ©ent une sĂ©rie de terrasses. Le bord du cratère est relevĂ© par la force de l'explosion, de sorte qu'il s'Ă©lève 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.
Si, comme la Lune au cours des 3 derniers milliards d'années, une planète ou un autre corps céleste a connu peu d'érosion à sa surface ou a eu une activité interne réduite, il est possible d'utiliser le nombre de cratères d'impact sur sa surface pour estimer l'âge de cette surface. Par âge, on entendra ici le temps depuis lequel une perturbation majeure s'est produite sur cette surface (à l'exemple des épanchements d'origine volcanique qui ont produit les mers lunaires).

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.
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Le cratčre Copernic, sur la Lune.
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.
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Taux de formation de cratčres sur la Lune en fonction du temps.
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 Terre

Où sont les cratères sur Terre?
La  Terre ne peut pas avoir Ă©chappĂ© au bombardement par des dĂ©bris interplanĂ©taires qui a frappĂ© la Lune. Bien sĂ»r, la friction avec notre atmosphère consumme les petits fragments de dĂ©bris cosmiques pour donner lieu au phĂ©nomène des Ă©toiles 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 dĂ» ĂŞtre aussi fortement impactĂ©e que la Lune. La diffĂ©rence est que, sur Terre, ces cratères sont dĂ©truits par une activitĂ© gĂ©ologique 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 dĂ©cennies que les gĂ©ologues ont rĂ©ussi Ă  identifier les restes Ă©rodĂ©s de nombreux cratères d'impact. 

Manicouagan.

Le cratère Manicouagan. -  Cette photographie prise par l'Ă©quipage de la navette spatiale Columbia en 1983 montre ce cratère d'impact, situĂ© au Canada, qui est datĂ© d'environ 200 millions d'annĂ©es (jurassique), ce qui en fait l'un des plus anciens connus. Fortement Ă©rodĂ© par les glaciers, il apparaĂ®t aujourd'hui sous la forme d'un lac annulaire (rĂ©servoir hydroĂ©lectrique) d'un diamètre de 70 kilomètres. (CrĂ©dit : Nasa).

Impacts récents.
Des preuves d'impacts relativement récents peuvent être trouvées à la surface de notre planète. Deux événements importants ont eu lieu depuis le début du XXe siècle, mais n'ont pas laissé de cratère. Un peu plus ancien est l'impact qui a formé le Méteor Crater, au Etats-Unis. Le peuplement de cette partie du monde n'a commencé que 25.000 plus tard, mais dans le reste du monde des Humains taillaient déjà des silex.

L'événement de la Tunguska.
Une collision historique bien étudiée a eu lieu le 30 juin 1908, dans le bassin de la rivière Tunguska en Sibérie. Dans cette région désolée, il y a eu une explosion remarquable dans l'atmosphère à environ 8 kilomètres au-dessus de la surface. L'onde de choc a couché plus de mille kilomètres carrés de forêt . Des troupeaux de rennes et d'autres animaux ont été tués et un homme situé à 80 kilomètres de l'explosion a été jeté de sa chaise et a perdu connaissance. L'onde de choc s'est propagée dans le monde entier, et a été enregistrée par des instruments conçus pour mesurer les changements de pression atmosphérique.

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.
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Foręt de la Tunguska aprčs l'événement de 1908.
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.
Le 15 fĂ©vrier 2013, des dizaines de milliers de personnes ont Ă©tĂ© directement tĂ©moins de l'explosion d'un petit projectile (20 mètres de diamètre et près de 10 000 tonnes) au-dessus de la ville russe de Tcheliabinsk, dans le Sud de l'Oural. Il a explosĂ© Ă  une hauteur de 21 kilomètres dans un Ă©clat de lumière plus lumineux que le Soleil, et l'onde de choc de l'explosion de 0,5 mĂ©gatonne a brisĂ© des dizaines de milliers de fenĂŞtres et envoyĂ© des centaines de personnes Ă  l'hĂ´pital. Les fragments de roche (mĂ©tĂ©orites chondritiques) ont Ă©tĂ© facilement rĂ©cupĂ©rĂ©s par les gens de la rĂ©gion après l'explosion, car ils ont atterri sur la neige fraĂ®che. 
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Le cratère Barringer.
Le cratère rĂ©cent le plus connu sur Terre s'est formĂ© il y a environ 49 000 ans en Arizona. Dans ce cas, le projectile Ă©tait un morceau de fer d'environ 40 mètres de diamètre. Maintenant appelĂ© Meteor Crater ou cratère Barringer, le cratère possède toutes les caractĂ©ristiques associĂ©es Ă  des  cratères d'impact lunaires de taille similaire. Meteor Crater est l'une des rares caractĂ©ristiques d'impact sur Terre qui reste relativement intacte; certains cratères plus anciens sont tellement Ă©rodĂ©s que seul un oeil entraĂ®nĂ© peut les distinguer. NĂ©anmoins, plus de 150 ont Ă©tĂ© identifiĂ©s. 
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Cratčre Barringer (Meteor crater)
Le cratère Barringer (Meteor Crater), en Arizona. - Ce cratère d'impact formé il y a près de 50.000 ans mesure 1,2 km de diamètre. (Crédit: D. Roddy, LPI) .

Extinction de masse.
L'impact qui a produit Meteor Crater aurait Ă©tĂ©  dramatique pour tous les humains qui en auraient Ă©tĂ© tĂ©moins puisque le dĂ©gagement d'Ă©nergie Ă©quivalait Ă  une bombe nuclĂ©aire de 10 mĂ©gatonnes. Mais de telles explosions ne sont dĂ©vastatrices que rĂ©gionalement; elles n'ont pas de consĂ©quences mondiales. Des impacts beaucoup plus importants (et plus rares) peuvent cependant perturber l'Ă©quilibre Ă©cologique de la planète entière et influencer ainsi le cours de l'Ă©volution du vivant.

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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Cratčre de Chicxulub.
Les contours de la structure dĂ©couverte en 1990, et appelĂ©e le cratère Chicxulub, sont visibles dans la reprĂ©sentation ci-dessus des donnĂ©es de gravitĂ© et de champ magnĂ©tique de la rĂ©gion. La carte, Ă  droite, montre l'emplacement de ce cratère d'impacte au Nord de la pĂ©ninsule du Yucatan, au Mexique. Le cratère est maintenant enseveli sous 500 m de sĂ©diments. (CrĂ©dit :  V.L. Sharpton, LPI / Carport).

L'objet qui est entré en collision avec la Terre à la fin du Crétacé, et dont on pense qu'il est le responsable principal de cette extinction massive, a frappé une mer peu profonde dans une région qui est maintenant occupée par la péninsule du Yucatan au Mexique. Sa masse devait être supérieure à un milliard de tonnes, à en juger par l'étude d'une couche de sédiments déposés à travers le monde par le nuage de poussière qui a enveloppé la planète après son impact. Identifiée pour la première fois en 1979, cette couche de sédiments est riche en métaux (iridium et autres éléments) relativement abondants dans les astéroïdes et les comètes, mais extrêmement rares dans la croûte terrestre. De plus, elle contient de nombreux minéraux caractéristiques des températures et des pressions que l'on attend lors d'une gigantesque explosion.

L'impact a creusé un cratère de 200 kilomètres de diamètre et qui était suffisamment profond pour pénétrer à travers la croûte terrestre. Ce grand cratère, nommé Chicxulub du nom d'une petite localité près de son centre, a ensuite été enterré dans les sédiments, mais ses contours peuvent encore être identifiés. L'explosion qui a créé le cratère Chicxulub, si elle a été , comme on l'a dit, causée par un objet d'un milliards de tonnes, a soulevé cent fois plus de poussière dans l'atmosphère

L'impact a dû générer des tempêtes de feu (déclenchées par les débris chauds projetés par l'explosion), des raz de marée, des tremblements de terre et des ouragans. Mais surtout, cette énorme quantité de matière en suspension dans l'air et répandue tout autour de la planète a bloqué la lumière du Soleil, plongeant la Terre dans une période de froid et d'obscurité qui a duré plusieurs mois. De nombreuses plantes dépendantes du Soleil sont mortes, laissant des animaux mangeurs de plantes sans ressources alimentaires. Parmi les autres effets mondiaux, il y a dû exister une longue période pendant laquelle les eaux de pluie étaient acides. Ce sont donc ces effets environnementaux globaux, plutôt que l'explosion elle-même, qui sont responsables de l'extinction de masse.

Il est clair que de nombreuses extinctions, peut-être les plus massives, sont le résultat de diverses autres causes, mais dans le cas du tueur de dinosaures, l'impact cosmique a certainement joué un rôle critique dans une série de troubles climatiques qui ont entraîné l'événement d'extinction de masse du Crétacé-Tertiaire.

Les impacts Ă  venir.
Des collisions avec des astéroïdes ou des noyaux cométaires sont encore possibles. A l'échelle de l'histoire du Système solaire, 65 millions d'années c'est très court. Cela signifie que des collisions très destructrices correspondent à un risque toujours actuel. D'où la nécessité vitale que de prédire le prochain grand impact afin de pouvoir protéger notre planète d'une manière ou d'une autre. Le fait que notre Système solaire abrite de très grosses planètes sur des orbites extérieures peut nous être bénéfique; les champs gravitationnels de ces planètes peuvent être très efficaces pour attirer les débris cosmiques et nous protéger des impacts plus importants et plus fréquents. Ils peuvent aussi jouer en sens inverse et perturber les orbites de petits objets et placer ceux-ci sur la trajectoire de la Terre.

Ă€ partir des annĂ©es 1990, quelques astronomes ont commencĂ© Ă  analyser le danger d'impact cosmique et Ă  persuader le gouvernement de soutenir la recherche d'astĂ©roĂŻdes potentiellement dangereux. Plusieurs petits tĂ©lescopes Ă  champ large sophistiquĂ©s sont maintenant utilisĂ©s pour ce programme de recherche, qui s'appelle le NASA Spaceguard Survey. Nous savons dĂ©jĂ  qu'il n'y a actuellement aucun astĂ©roĂŻde sur une trajectoire de collision avec la Terre qui soit aussi gros (10-15 kilomètres) que celui qui a tuĂ© les dinosaures. Le programme se concentre dĂ©sormais sur la recherche de plus petits impacteurs potentiels. 

En 2015, la recherche avait dĂ©nichĂ© plus de 15 000 astĂ©roĂŻdes proches de la Terre, dont la plupart de ceux de plus d'un kilomètre. Aucun de ceux dĂ©couverts jusqu'Ă  prĂ©sent ne reprĂ©sente un danger pour nous. Bien sĂ»r, nous ne pouvons pas faire une dĂ©claration similaire sur les astĂ©roĂŻdes qui n'ont pas encore Ă©tĂ© dĂ©couverts, mais ceux-ci seront trouvĂ©s et Ă©valuĂ©s un par un pour leur danger potentiel. 
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Cratčres d'impact en Mongolie
Cratères d'impact en Mongolie et, ci-dessous au Congo (RDC).
Sources : Nasa /  Nasa Earth Obsertvatory.
Cratčres d'impact au Katanga : Luizi.
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