Samedi-sciences (145) : d’où vient l’eau de la Terre ?

Représentation de la production d'eau dans un nuage interstellaire © Bill Saxton/NSF/AUI/NRAO Représentation de la production d'eau dans un nuage interstellaire © Bill Saxton/NSF/AUI/NRAO

La présence d’eau sur notre planète est la principale clé de l’existence de la vie. Comprendre l’origine de cette eau est crucial pour estimer à quel degré les environnements favorables à la vie sont répandus dans l’univers. Selon une étude menée par des astronomes de l’université du Michigan, la moitié de l’eau de la Terre s’est formée avant la naissance du Soleil, dans le nuage de gaz et de poussières qui a été le précurseur du système solaire (l’étude est publiée le 26 septembre dans la revue Science, avec un article de présentation). C’est une bonne nouvelle pour ceux que passionnent la recherche d’une vie extraterrestre : en effet, si l’eau peut se former en grande quantité dans les nuages interstellaires, cela signifie qu’elle doit exister un peu partout dans l’univers.

Les systèmes planétaires naissent de nuages de gaz et de poussières qui se trouvent dans le milieu interstellaire. On sait que de l’eau peut se former dans ces nuages interstellaires. Mais peut-elle résister au dégagement de chaleur et de lumière qui accompagne l’apparition d’une nouvelle étoile ? L’eau que l’on retrouve aujourd’hui dans le système solaire était-elle présente avant le Soleil, ou a-t-elle été créée après la naissance de notre étoile ? Si son origine est antérieure à celle du Soleil, cela signifie que de très nombreux nuages interstellaires peuvent avoir généré de l’eau de la même façon. Mais si elle est apparue après, alors seuls les systèmes planétaires très semblables au nôtre peuvent abriter de l’eau et potentiellement de la vie.

Pour tenter de répondre à la question, Ilsedore Cleeves et ses collègues de l’université du Michigan ont suivi la trace du deutérium. Ce dernier est un isotope de l’hydrogène dont la proportion, dans l’univers, est d’environ 26 atomes pour un million d’atomes d’hydrogène ordinaire. Mais il y a six fois plus de deutérium dans l’eau de notre planète, et dans celle que l’on trouve un peu partout dans le système solaire, notamment sur la Lune, Mars, Mercure, ou sur les lunes gelées de Jupiter et Saturne. Pour Cleeves et ses collègues, cela signifie que lorsque l’eau s’est formée dans le système solaire, à partir d’hydrogène et d’oxygène, la réaction dans laquelle l’hydrogène était présent sous forme de deutérium était favorisée par rapport à celle qui produisait de l’eau avec de l’hydrogène normal. De ce fait, il y a eu un enrichissement relatif en deutérium. (l’eau composée de deutérium est appelée « eau lourde »).

Or, certaines conditions sont nécessaires pour que cet enrichissement puisse se produire : il faut une température très froide, de l’ordre de quelques dizaines de degrés au-dessus du zéro absolu, et un niveau élevé de rayonnements ionisants. Selon Cleeves et ses collègues, ces conditions sont remplies au sein des nuages interstellaires, qui sont très froids, et où les rayons cosmiques assurent l’ionisation. Il a donc été possible que se forme, dans les nuages interstellaires, une eau contenant plus de molécules d’eau lourde et donc plus de deutérium que la proportion attendue. Et cela pourrait expliquer l’enrichissement en deutérium de l’eau de notre système solaire.

A condition, cependant, que l’eau enrichie produite initialement ait résisté à à la formation du Soleil. Cela ne peut pas être vérifié dirtectement, mais les chercheurs ont recouru à une preuve indirecte : ils ont cherché à savoir si les mêmes réactions produisant de l’eau enrichie en deutérium auraient pu se produire après la formation du Soleil, dans un des disques protoplanétaires d’où sont issues la Terre et les autres planètes. Les chercheurs ont modélisé les réactions chimiques se produisant dans un tel disque.

A la différence de ce qui se passe dans les nuages interstellaires, une grande partie des rayons cosmisques sont détournés du disque par le champ magnétique de la nouvelle étoile. D’autres sources de rayonnement existent, les rayons X émis par l’étoile et la radioactivité produite dans le disque. Mais d’après le modèle établi par Cleeves et ses collègues, ces autres sources ne suffisent pas à produire de l’eau lourde en quantité suffisante pour expliquer l’enrichissement observé sur notre planète.

La conclusion des chercheurs est qu’une grande partie de l’eau existant aujourd’hui dans le système solaire a nécessairement dû se former avant la naissance du Soleil, il y a 4,5 milliards d’années : de l’ordre de la moitié, selon Cleeves et ses collègues. Or, ce qui est vrai pour notre système solaire est sans doute généralisable, au moins en partie. En effet, les conditions qui règnent dans le milieu interstellaire sont plus uniformes que celles des disques protoplanétaires.

La conclusion qui en découle est que l’eau doit être assez répandue dans les systèmes planétaires. La découverte de Cleeves et ses collègues implique que « si le système solaire s’est formé d’une manière typique, des glaces interstellaires existent en abondance dans tous les systèmes planétaires naissants. » Et donc, qu’il existe sans doute dans l’univers de très nombreux environnements favorables à la vie. Il ne reste plus qu’à les découvrir.

Le Club est l'espace de libre expression des abonnés de Mediapart. Ses contenus n'engagent pas la rédaction.