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 astrophysiciens 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 planétésimaux, débris et poussières étaient encore cours d'accrétion.

En effet ainsi que nous allons le découvrir, aussi étonnant que cela soit, nous savons aujourd'hui que certaines météorites récoltées sur Terre ont séjourné plusieurs milliards d'années 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 au bout d'un périple de plusieurs dizaines de milliers d'années dans l'espace.

Le classement des météorites n'est pas toujours aisé. On peut les regrouper dans trois grandes familles : les lithoïdes ou météorites rocheuses (pierreuses), les sidérolites ou météorites mixtes (fer et roches) et les sidérites ou ferreuses. La plupart des météorites sont des chondrites, c'est-à-dire de vrais pierres qui tombent du ciel constituées de différents éléments.

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 est proche de -200°C dans l'ombre.

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.

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. Ces échantillons me permettront de vous sensibiliser à la diversité des minéraux.

Les pseudo météorites

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

Cette gallerie 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, je vous propose de consulter les deux liens figurant ci-dessous.

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. Il s'agit d'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 : Des météorites qui n'en sont pas (WUSTL)

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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 : Le petit objet de droite 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.

A consulter : Minerals and Materials Photo Gallery

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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 dossier.

Comment reconnaître une météorite ? 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'Etat de l'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 Archimède). On reconnaît facilement une sidérite au fait qu'elle réagit facilement à l'aimantation ou à la présence d'une boussole.

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. En réalité sa croute est brune.

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.

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.

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-dessous).

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.

A lire : Some facts about meteorites, CMS

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 '90 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, noter sur sa croûte 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 chondrules 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.

A lire : Introduction to Crystallography, par Mike Howard

Analyses microscopiques Coupe d'une météorite martienne récoltée sur Terre révélant des grains d'olivine (jaune, vert, rose et noir), minéral commun des roches basaltiques et des traces de pyroxène (rayures) que l'on retrouve par exemple dans la croûte de l'astéroïde Vesta. Document LPI. Parmi les nombreuses chondres qui composent la météorite carbonée d'Allende (CV3) on a découvert des traces d'olivine; ce sont tous les segments colorés que l'on aperçoit (classe BO, voir tableau plus loin). Cristaux de sel extraterrestre découverts dans la météorite Monahans, une lithoïde tombée au Texas. Des cristaux similaires ont également été découvert dans la météorite de Nakhla qui tomba à Alexandrie, en Egypte ainsi que dans quelques autres récemment. Document NASA/JSC.

L'étude microscopique visuelle permet de vérifier la nature de la 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. Exceptionnellement, leur section peut 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.  

Prochain chapitre

Les différentes familles de météorites