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Les météorites

Nature des météorites (II)

Que nous apporte l'étude des météorites ? Selon le Dr John A.Wood[3] du Centre d'Astrophysique de Harvard, "les météorites ont été formées dans la nébuleuse protosolaire par un processus à haute température qui forma les chondres et fit fondre le fer. Mais la nature exacte de cette nébuleuse et les processus qui s'y sont développés restent encore très mal connus".

L'étude des météorites permet aux planétologues de déterminer l'histoire de leur évolution et l'origine de l'objet hôte qui les abrita. En corollaire, ils peuvent étudier en direct les reliquats d'une époque lointaine où le système solaire était à peine façonné, dans lequel le gaz et les minéraux ainsi que la poussière et les planétésimaux et autres débris étaient encore cours de condensation ou d'accrétion.

Les origines des météorites. L'analyse des météorites, comme celle des comètes et des astéroïdes, permet de mieux comprendre la génèse du système solaire, d'où l'intérêt que tous les échantillons récoltés passent d'abord entre les mains des experts car une roche de nature inconnue peut toujours être découverte. Document T.Lombry.

Comme nous allons le découvrir, nous savons aujourd'hui que certaines météorites récoltées sur Terre ont été formés dans un astre hôte puis, vraisemblablement suite à un impact plus violent que les autres, ont été éjectées dans l'espace avant de venir d'écraser sur Terre après avoir séjourné plusieurs milliards d'années dans l'espace. Certaines météorites furent même éjectées de Mars et de la Lune dans un lointain passé.

Du fait de leur composition chimique très variée, le classement des météorites n'est pas toujours aisé et est presque aussi complexe que la classification des minéraux terrestres. On peut toutefois regrouper les météorites dans trois grandes familles en fonction de leur composition :

- Les lithoïdes ou météorites rocheuses (pierreuses) qui comprennent les chondrites et les achondrites.

- Les sidérolites ou météorites mixtes (fer et roches)

- Les sidérites ou météorites ferreuses.

La plupart des météorites sont des chondrites, c'est-à-dire de vrais pierres qui tombent du ciel constituées de différents éléments mais jamais plus de 35 % de métaux.

Classification simplifiée des météorites terrestres

Lithoïdes (92.8 %)

Chondrites (85.7 %)

Ordinaires

Enstatites

Kakangary

Rumurutiites

Carbonées

Achondrites (7.1 %)

Groupe HED*

Groupe SNC°

Lunaires

Aubrites

Urélites (Uréilites)

Sidérolites (1.5 %)

Pallasites (Fe, olivine)

Mésosidérites (Fe, Ca, etc)

Lodranites

Sidérites (5.7%)¨

Hexahédrites (Fe, < 6 % Ni)

Octahédrites (Fe, 6-17 % Ni)

Ataxites (Fe, teneur élevée en Ni)

* Howardites, Eucrites et Diogénites

° Shergottite, Nakhlilite et Chassignite

¨ Les météorites, pas le minéral

terrestre de même nom (FeCO3).

A partir de l'analyse isotopique on peut dire avec certitude que certaines achondrites découvertes en Antarctique sont originaires de la Lune car elles présentent une composition similaire aux roches ramenées par les missions Apollo entre 1969 et 1972. Une vingtaine d'autres achondrites proviendraient de Mars, ce sont les "SNC" dont la fameuse ALH84001. On y reviendra. La majorité des milliers d'autres fragments recueillis à travers le monde sont probablement des éclats d'astéroïdes et quelquefois de noyaux cométaires.

La croûte en fusion qui caractérise les sidérites fait penser qu'une météorite est un corps chaud. D'autres la croit froide. Qu'en est-il exactement ? Une météorite qui tombe sur Terre subit un intense frottement aérodynamique dans les couches denses de l'atmosphère. Cette friction qui ne dure que quelques secondes fait fondre ou vitrifie la croûte de la météorite sur une profondeur qui ne dépasse jamais quelques dixièmes de millimètres.

L'intérieur de cette météorite reste donc à l'abri de toute altération et demeure d'un froid glacial suite à son errance dans le milieu interplanétaire où la température moyenne près de la Terre est proche de -200°C dans l'ombre et peut descendre jusqu'en-dessous de -250°C dans la région de Pluton ou des KBO.

En pénétrant dans l'atmosphère terrestre la partie externe de la météorite se volatilise, emportant avec elle la chaleur, tandis que l'incandescence ne dure que le temps de traverser les couches denses de l'atmosphère, tout au plus quelques minutes si sa trajectoire est très oblique, un délai insuffisant pour que la chaleur diffuse jusqu'au coeur de la météorite. C'est pour ces raisons qu'une météorite reste froide et garde intact les traces de ses origines.

 C'est la nature inviolée du coeur des météorites qui les rendent également très intéressantes sur le plan de l'exobiologie car il n'est pas impossible qu'elles renferment éventuellement des micro-organismes extraterrestres. Nous verrons à propos de la faculté d'adaptation qu'en laboratoire des microbes résistent sans problème à des impacts au cours desquels ils subissent des pressions de plusieurs millions de g. Ils pourraient donc parfaitement survivre à un l'impact d'une météorite sur Terre. On y reviendra.

Des fragments d'astéroïdes

Les différents aspects d'une météorite métallique (composée de fer ou nickel-fer) ou sidérite. A gauche, en 1960 une météorite tomba en Australie dont ce fragment de 631 g et d'un peu moins de 10 cm de côté. Très sombre, lisse et cratelée, sa croûte présente les signes typique d'une fusion. Après analyse on découvrit qu'elle était presque totalement composée de pyroxène, un composant typique de la lave. Par ailleurs sa structure interne granuleuse et l'abondance de ses isotopes de l'oxygène n'avaient rien de commun avec les roches terrestres ou lunaires. Sa signature spectrale était en fait identique à celle de l'écorce de l'astéroïde Vesta etr elle fut classée parmi les météorites de type V. La plupart des fragments sont aujourd'hui exposés au Western Australian Museum. Au centre, le 6 janvier 2005, au cours du 339e sol, la sonde Opportunity découvrit cette magnifique météorite sur le sol de Mars. De la taille d'un ballon de basquet, selon les mesures du spectromètre, l'objet baptisé "Heat Shield Rock" est principalement constitué de fer et de nickel. A droite, un autre exemple de météorite ferreuse appelée "Egg Rock" découverte au 1507e sol le 27 octobre 2015 par Curiosity. Depuis, plusieurs autres spécimens ont été découverts sur la surface de Mars. Documents New England Meteoritical Services, NASA/JPL et NASA/JPL.

Avant de poursuivre faisons une petite parenthèse pour discuter des pseudo météorites, ces roches que vous trouvez au détour d'un sentier et dont l'aspect vous intrigue mais qui, après analyse, ne sont pas des météorites. Cette parenthèse nous permettra déjà d'introduire quelques notions de géochimie et de minéralogie.

Les pseudo météorites

Quelques spécimens de roches découverts par des lecteurs sont présentés ci-dessous. Dans ces exemples, l'identification se base uniquement sur l'aspect visuel extérieur. Mais précisons bien que sauf en présence d'un bel éclat poli, on ne peut pratiquement jamais identifier formellement un spécimen sur base d'une photographie.

Cette galerie est volontairement réduite car la minéralogie est riche de milliers de spécimens dont la description sort du cadre de cet article. Si vous souhaitez voir d'autres échantillons, consulter les liens figurant sur cette page et notamment celui ci-dessous du WUSL.

Même si tout professeur de géologie vous dira que son métier est avant tout une science de l'observation et donc beaucoup plus facile à maîtriser que la physique par exemple, il n'en reste pas moins que certains spécimens sont difficiles à identifier si on ne peut pas les gratter ou les cliver d'un coup de marteau. L'analyse chimique et parfois microscopique sont indispensables. Bien sûr si l'objet est très beau comme le premier spécimen présenté ci-dessous, mieux vaut le laisser en l'état et tant pis pour la science !

Image 1: L'échantillon de gauche pèse 1.8 kg et fut découvert dans un champ agricole en France. La structure cristalline est cimentée par une matière pâle et tous les cristaux sont identiques, ce qui est déjà un indicateur de sa nature. On en trouve dans les régions volcaniques (roches magmatiques), les filons hydrothermaux (acides) et peut apparaître suite à la recristallisation de la limonite. Leur aspect est très variable. Ce spécimen est un monstrueux agglomérat de cristaux de pyrite altérés en hématite, un oxyde de fer cristallisé de façon rhomboédrique. Sa couleur est généralement grise, parfois rouille, et peu réfléchissante (26 %). Elle peut contenir du Ti, Al ou Mn.

A consulter : A photo gallery of MeteorWrongs, WUSL

Des météorites qui n'en sont pas

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Images 2/3/4 : Ce sont des marcassites, une gemme naturelle de sulfure de fer (pyrite) cristallisée de façon orthorhombique. Les cristaux ont une forme pyramidale et peuvent présenter différentes couleurs, mais souvent jaune laiton plus ou moins métallisée. Elles forment des grappes (forme botryoidale) ressemblant à des brioches ou des sphères compactes assez lourdes d'une densité de 4.8. Elles sont cassantes mais le clivage est difficile. Ces roches ne sont pas magnétiques. Elles sont généralement enchassées dans des couches sédimentaires calcaires (craies, marnes, etc). Elles ont été produites par précipitation chimique dans un milieu peu oxydant ou dans des filons hydrothermaux à basse température et acide (Marne, Normandie, Champagne, Québec, etc). La sphère éclatée (4) est un échantillon typique contenant de la pyrite. Très indicatif, la boule de marcassite peut produire des étincelles quand on la frotte contre une autre marcassite ou du silex (mais qui tend à éclater).

Image 5 : L'objet pèse 90 g. C'est probablement un boulet de broyage (on met des boules en acier dans des tambours pour réduire les minerais en grains). Notons à ce sujet que si on orpaille dans un ruisseau, on peut récolter des milliers de billes d'oxydes de fer qui peuvent être de nature extraterreste (sidérite) mais le plus souvent il s'agit simplement de sphérules créées dans les anciens sites métallurgiques et les centrales à charbon. C'est pour éviter cette confusion que les chasseurs de météorites prospectent en-dehors des régions industrielles.

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Image 6 : Mesurant 10 cm, pesant 2 kg (densité ~2.9), cette roche fut découverte dans les Alpes. En grattant la surface on distingue une matière jaune d'aspect métallique. Elle n'est pas magnétique. Il s'agirait de minerais de Cu-Ni sulfurés et serait donc un assemblage pentlandite/pyrrhotite/chalcopyrite. Mais il n'est pas exclu que ce soit de la troïlite.

Image 7 : Ces roches noires présentent un aspect vitreux caractéristique de l'obsidienne, une roche volcanique. Elle ne présente donc pas de structure cristalline. On ne peut pas la confondre avec la croûte sombre d'une chondrite tombée récemment ou avec une sidérite. Dans le cas de l'obsidienne, la roche est généralement noire mais peut être grise, verte, brune ou dorée. Sa densité ne dépasse pas 3.0 dans le cas du verre basaltique.

Cette mise au point étant faite, venons-en au coeur de notre sujet.

Comment reconnaître une météorite ?

Météorite d'Adrar Madet découverte dans le désert du Ténéré, au Niger, en 2002. Il s'agit d'un chondrite LL3 ou LL3.6 de 2.2 kg et environ 10 cm. Sa croûte est brune.

La plupart des spécimens de météorites récoltés par le Dr Carleton B.Moore[4], directeur du Centre d'Etudes des Météorites (CMS) de l'Université d'Arizona mesurent entre 5 cm et 1 m.

Le détail le plus frappant d'une météorite est son poids. Une météorite contenant généralement un peu de fer, sa masse volumique est supérieure à 3.3 g/cm3. Une météorite ferreuse, ou sidérite, est bien souvent 2 à 3 fois plus lourde que les roches terrestres de même taille (~8 g/cm3 contre 2.7 g/cm3 pour une roche terrestre), tandis que les météorites rocheuses ou pierreuses, appelées lithoïdes, n'atteignent que la moitié de la densité des roches terrestres de même gabarit. Aussi, si vous découvrez une roche suspecte, la première chose à faire est d'évaluer sa masse volumique (Cf. l'expérience d'Archimède ou l'encart ci-dessous).

On reconnaît facilement une sidérite au fait qu'elle réagit facilement à l'aimantation et fait dévier l'aiguille d'une boussole.

Bien que la majorité des météorites découvertes à ce jour soient de simples roches (lithoïdes), c'est le petit pourcent de sidérites que l'on découvre le plus facilement (90 % des prises) du fait qu'elles contiennent toujours un alliage de fer et de nickel. Si l'aimantation est positive et la roche très lourde pour sa taille, vous êtes en bonne voie pour avoir découvert une sidérite. Mais ainsi que nous le verrons, seule une analyse chimique confirmera sa nature véritable car il peut encore s'agir d'un déchet industriel.

Le second indice est la surface de la météorite. Elle est généralement assez lisse voire brillante et peu détaillée mais présente souvent des lignes, des sillons, des dépressions superficielles et des cavités profondes. Sa croûte ayant brûlé superficiellement, elle est souvent noire ou très sombre mais cette matière assez fragile peut disparaître avec les intempéries.

A consulter : La masse volumique des matériaux (PDF du LYC)

Comment déterminer la densité d'un objet solide ?

Soit vous connaissez son poids (en kg) et son volume (en m3). Dans ce cas vous divisez le poids par le volume et vous obtenez la masse volumique exprimée en kg/m3. Vous la divisez ensuite par celle de l'eau (1000 kg/m3) et vous obtenez sa densité.

NB. Dans le cas d'un gaz vous divisez la masse volumique par celle de l'air (1.2 kg/m3 au niveau de la mer).

Exemple - un objet massif de 50 cm de diamètre pesant 480 kg présente une densité de : [480/(4/3 p (0.25)3)]/1000 soit 7.33, voisine de celle du fer (7.32).

Dans les autres cas appliquez la procédure suivante:

- Prenez une balance de cuisine ou électronique

- Prenez un récipient pouvant contenir l'échantillon

- Attachez une ficelle autour de l'échantillon afin de pouvoir le suspendre

- Posez le récipient sur la balance et remplisssez le au 3/4 d'eau

- Zérotez l'affichage en remettant la tare à zéro

- Plongez l'échantillon dans l'eau de sorte qu'il repose au fond du récipient. L'eau ne peut pas déborder

- Mesurez la masse du récipient (par exemple 100 g)

- Maintenant, en application de la Loi d'Archimède, soulevez l'échantillon afin qu'il ne repose plus au fond du récipient. Il doit rester immerger, maintenu par la ficelle. 

- Mesurez à nouveau la masse du récipient (par exemple 30 g)

- La densité de l'objet immergé vaut 100/30 = 3.3

Mais attention, l'aspect visuel est trompeur et pour un amateur beaucoup de roches terrestres cristallisées paraîtront suspectes. Si par exemple le site est proche d'une mine ou de hauts-fourneaux, vous pouvez trouver de nombreuses scories manufacturées que les communes ont déversées jadis sur les lignes de chemin de fer par exemple pour constituter le ballast ou simplement pour recouvrir les sentiers. Les enfants peuvent les avoir jetés aux alentours. Elles peuvent ressembler à des sphérules brûlées ou vitrifiées ou même à des agrégats de cristaux. Le plus souvent il s'agit d'une roche terrestre cristallisée, des cristaux de pyrites plus ou moins altérés ou de marcassite par exemple (voir ci-dessus).

Reste le pourcent d'erreur et d'ignorance. Si l'aspect extérieur ne vous donne aucun indication ou vous semble suspect, brisez-le proprement en deux parties, l'intérieur vous révéla son origine. N'hésitez pas à consulter un géologue ou un forum spécialisé.

Aspect visuel externe

La météorite de Willamette tombée en 1906 dans la Vallée de l'Oregon. Elle est exposée au Musée d'Histoire Naturelle de New York, AMNH/HAYDEN

Météorite tombée dans les années 1990 dans la Plaine d'Oman en Lybie. Elle est facilement identifiable par sa croûte noircie et son poids supérieur aux roches terrestres de même taille. Sa croûte sombre peut toutefois disparaître avec les intempéries. Document UARK.

L'un des plus gros fragments de la météorite de Mbale découvert en Ouganda le 14 août 1992. Il s'agit d'une chondrite de type L5-6. Bien qu'il ne s'agisse pas d'une sidérite, sa croûte présente les dépressions sombres en forme d'empreintes digitales. A gauche, le cratère d'impact. Doc DMS.

Un détail caractéristique des sidérites sont les dépressions superficielles appelées regmaglyptes ou ravinements, mieux connues sont le vocable des "empreintes digitales", car elles ressemblent à l'empreinte des doigts dans de la pâte molle. Celles qui sont tombées récemment peuvent présenter une croûte boursouflée, des chondres superficielles qui témoignent des effets de la friction atmosphérique sur leur surface. En apparence cette croûte ressemble à de la cendre noire mais les intempéries lui donneront bientôt une coloration brune qui peut même disparaître complètement avec l'âge.

Reconnaître une météorite sur le sol n'est pas chose facile, à moins qu'elle ne tombe en Antarctique sur la glace. Une météorite de plusieurs grammes se décompose en général en plus de 200 fragments.

Dans une sélection aléatoire de météorites, un professionnel peut encore aisément séparer les sidérites des lithoïdes par le poids et l'apparence. Cela devient très délicat quand elles se trouvent parmi d'autres cailloux, d'autant plus s'il s'agit d'une météorite mixte, une sidérolithe, car elle sera composée d'éléments variés, de fer, de nickel, d'oxyde de magnésium, etc. Les fragments peuvent alors se confondre avec des scories brûlées, des concrétions d'oxyde de fer et mêmes des résidus manufacturés.

On estime en effet qu’il existe aujourd’hui 170000 débris artificiels satellisés autour de la Terre de plus d’un kilo susceptibles de tomber sur Terre ! Dans la plupart des cas la nature chimique sera donc confirmée en laboratoire.

Analyse microscopique

Seule une analyse microscopique (ou bien sûr plus sophistiquée) permet de vérifier la nature d'une météorite. Une cristallisation interne est typique des lithoïdes. Celle-ci n'a en effet rien de comparable avec les roches terrestres. Dans certaines conditions la vitrification disparaît avec le temps, empêchant les chercheurs de pratiquer une étude complète. Mais les concrétions qui persistent permettent parfois de découvrir des composés organiques extraterrestres, très utiles pour comprendre l'évolution de la vie.

L'analyse microscopique se réalise sur des lamelles de météorites d'environ 30 microns d'épaisseur qui sont polies puis photographiées sous une lumière polarisée croisée (l'échantillon est placé entre deux filtres polarisant rotatifs), la couleur de la biréfringence optique révélant la nature et l'indice de réfraction des minéraux. Cette technique est accessible aux amateurs.

Voici quelques exemples de microphotographies ainsi obtenues avec un appareil photo fixé sur un microscope. La largeur de l'image est de l'ordre de 1 à 2 mm.

A lire : Meteorites Thin Sections, AGAB

Documents MNHN/Michèle Denise et NASA-ARC/Derek Sears.

Ci-dessus à gauche, choc de chondres soudés à chaud dans la nébuleuse protosolaire. Cette association exceptionnelle se compose en haut d'un chondre à olivine barrée (classe BO, voir tableau plus loin), un minéral commun des roches basaltiques, et en bas un chondre porphyrique à olivine et pyroxène comme on en trouve dans la croûte des astéroïdes. Les quatre autres photos montrent des chondres de 50 à 300 microns de diamètre sur lesquelles adhèrent des microcristaux (noir ou bleu) sub-micrométriques témoignant d'un refroidissement dans un gaz contenant des poussières. Celle de droite est une chondre BO à olivine barrée.

A voir : Allende Meteorite Gallery (Smithsonian NMNH)

Layered Chondrules in Allende CV3, Meteorite Times Magazine

Documents LPI et Jeff Barton.

Ci-dessus, des chondres à olivine barrée dans la météorite carbonée d'Allende (CV3) tombée au Mexique en 1969 noyées dans la matrice sombre oxydée. Cette météorite âgée de 4.55 milliards d'années contient en volume 45 % d'inclusions noyées dans 40 % de matrice. Elle se compose de silicates et d'oxydes réfractaires dont 23.6 % de fer, 15.9 % de silicium et 14.9 % de magnésium mélangés à quelques pourcents de Ca, Al, Ni, C, Cr, Mn et des traces de P, Ti, V et de matière organique. Les chondres de l'échantillon de droite contiennent des fragments d'olivine et d'autres silicates, du soufre (jaune) ainsi qu'une grande quantité de fer oxydé (rouille, en rouge-brun).

Documents LPI et NASA/JSC.

Ci-dessus, deux échantillons beaucoup plus rares. A gauche, la coupe d'une météorite martienne récoltée sur Terre révélant des grains d'olivine (jaune, vert, rose et noir) typique d'un basalte et des traces de pyroxène (rayures) comme on en trouve par exemple sur l'astéroïde Vesta. A droite, des cristaux d'halite extraterrestres (du sel) découverts dans la météorite Monahans, une lithoïde (chondrite H5) tombée au Texas. Des cristaux d'halite similaires ont également été découvert dans la météorite de Nakhla (météorite d'origine martienne) qui tomba à Alexandrie, en Egypte ainsi que dans quelques autres. De l'eau devait donc exister dans l'astre parent (ou dans l'astéroïde ou la comète qui le percuta éventuellement).

Exceptionnellement, les tranches de météorites peuvent présenter de larges inclusions colorées, de l’olivine ambre par exemple qui, une fois polie, leur donne une grande valeur marchande. C’est ainsi que des sociétés forts lucratives se sont constituées et que des chercheurs tels l'Américain Robert Haag et le Français Fabrice Kessler parcourent le monde à la recherche de ces véritables bijoux façonnés dans les forges du cosmos. Nous verrons que les pallasites comptent parmi les météorites les plus chères.

Prochain chapitre

Les différentes familles de météorites

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[3] Communication privée avec l’auteur, 1990.

[4] Communication privée avec l‘auteur, 1990.


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