Des intrus présolaires dans les météorites primitives

Tout a commencé le 14 mai 1864 à Orgueil, petit village du Tarn-et-Garonne, à 80 kilomètres de Toulouse, avec la chute d’une météorite primitive très riche en carbone (repr. page ci-contre). Les météorites sont des fragments de planètes formées en même temps que la Terre. Elles proviennent pour la plupart de la ceinture d’astéroïdes, petites planètes rocheuses (environ 930 kilomètres pour la plus grosse) gravitant entre Mars et Jupiter. Elles représentent pour le chercheur un véritable don du ciel, car elles permettent de comprendre l’origine et l’histoire de notre système solaire. Ce sont les plus vieilles roches datées. Leur âge est celui de la formation de la Terre, soit environ 4,55 milliards d’années. Plus de 80 % d’entre elles sont dites primitives, car elles sont issues de planètes si petites que leur matériau d’origine a encore la composition solaire. En effet, seules les grosses planètes de la taille de la Terre, de la Lune ou de Mars ont fondu partiellement au tout début de leur histoire, grâce à leur chaleur initiale, pour subir un processus de redistribution des matériaux en couches distinctes. Les matériaux métalliques les plus denses ont migré vers le centre pour former le noyau, alors que les silicates ont migré vers la surface pour former le manteau et la croûte légère. Les spécialistes appellent cela la différenciation. Mais, à cause des effets de marée causés par Jupiter, de tels corps planétaires, semble-t-il, n’ont pas pu se former au niveau de la ceinture d’astéroïdes, le principal réservoir en météorites. La majorité des chutes de pierres est donc constituée d’objets primitifs non différenciés. Ils renferment à parts égales métaux et silicates sous forme de petites sphérules micrométriques appelées chondres, d’où leur appellation de chondrites. Chimiquement, ces météorites primitives ont la même composition que l’atmosphère la plus externe du Soleil, la photosphère solaire moins les gaz légers qui se sont échappés. Ces météorites primitives ont toutes été formées à partir du même nuage de poussière et de gaz, la nébuleuse solaire qui a donné, par condensation, naissance au système solaire. On comprend dès lors que ces météorites ont valeur de témoins exceptionnels.
La chondrite primitive d’Orgueil est ainsi un témoin tout spécialement bavard. Elle se révèle être un messager providentiel, non seulement du système solaire mais peut-être de l’Univers tout entier. Elle véhicule des matériaux venus d’ailleurs, d’une région de l’Univers située au-delà de notre système solaire. Cette météorite, très primitive, renferme de nombreux isotopes extrêmement bizarres découverts dans les années soixante. On parle d’anomalies isotopiques.

Les atomes sont formés d’un noyau avec des électrons en orbite, et toute la masse se trouve concentrée dans le seul noyau. La taille de l’atome est inférieure à l’angström. Son noyau est formé de deux types de particules : les protons et les neutrons. Cependant, les atomes d’un même élément chimique peuvent avoir une masse légèrement différente, car ils n’ont pas le même nombre de neutrons. Prenons l’élément le plus simple et le plus abondant de l’Univers : l’hydrogène. L’essentiel des atomes d’hydrogène a une masse 1, car ils ont juste un proton et pas de neutron. Dans l’Univers, une très faible proportion des atomes d’hydrogène est légèrement plus lourde, de masse 2, car ceux-ci contiennent dans leur noyau un proton et un neutron. Ainsi le carbone a trois isotopes : le carbone de masse 12, le plus abondant, puis ceux de masse 13 et 14, beaucoup plus rares. Cette différence constitue les isotopes d’un atome. Notons que les isotopes d’un même élément possèdent tous le même nombre d’électrons. Les électrons permettent, par les types de liaison qu’ils peuvent établir avec d’autres atomes, l’existence des réactions chimiques. Si un élément donné ne subit pas de désintégration radioactive ou ne se fractionne pas à la suite de processus consommant préférentiellement un isotope par rapport à un autre, le rapport isotopique de l’élément reste constant au cours du temps pour un milieu donné. Il devient donc la signature de ce milieu.