Dossier complet : les IMPACTS de METEORITES - Partie 1
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Dossier complet : les IMPACTS de METEORITES - Partie 1 Histoires d'impacts Les risques et les conséquences d'un impact météoritique De la poussière au météorite (I) Météores et météorites sont deux substantifs qui définissent en fait le même objet interplanétaire, à la différence près que le second atteint le sol, ainsi que je l'ai expliqué dans la page consacrée aux classes de météoroïdes. Tous deux sont des météoroïdes provenant de la désintégration des comètes ou de fragments d'astéroïdes et ont été formés il y a plusieurs milliards d'années. |
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La plupart sont microscopiques et se vaporisent dans les couches denses de l'atmosphère. Les fragments qui ont résisté à la friction atmosphérique sont d'ordinaires des "poids lourds", reliquats de roches mesurant à l'origine quelques centimètres à plusieurs dizaines de mètres de diamètre et pesant jusqu'à plusieurs centaines de tonnes. Bien sûr de telles chutes de météorites sont très rares, et c'est heureux pour l'espèce humaine. A l'autre bout de l'échelle chaque jour qui passe voit quelques microparticules recouvrir la surface terrestre. On estime qu'annuellement cela représente une masse d’environ 20000 tonnes de débris cosmiques.
Les seules traces visibles de cette poussière interplanétaire sont la fameuse lumière zodiacale et le gegenshein. Cette poussière météoritique dispersée tout au long de l'orbite terrestre influence le grand-axe de son orbite. En l'espace de quelques millénaires elle diminue sa longueur et finit par modifier la durée de l’année.
Depuis la naissance de notre planète, on a estimé que les météorites se sont accumulés sur 3 mètres d'épaisseur, enrichissant la terre de silicates et de métaux. Pensez que lorsque vous retournerez la terre, vous soulèverez aussi un peu de poussière cosmique...
A voir : Meteor / Meteorite Films
Une collection de films rassemblée par Meteorites Australia
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Quel est l'intérêt d'étudier les impacts terrestres ? Jusqu'à l'avènement de la conquête spatiale, les cratères ou astroblèmes terrestres n'étaient qu'une curiosité géologique sans grand intérêt scientifique. Mais suite à l'exploration planétaire par une armada de sondes spatiales les scientifiques se sont rendus compte que toutes les planètes et tous les satellites étaient criblés de cratères d'impacts et que la Lune, surtout sa face cachée, n'avait pas échappée à ce bombardement.
Après analyse il s'est avéré qu'entre 4.6 et 3.9 milliards d'années d'ici le système solaire en gestation était grosso modo un immense disque de gaz et de poussières en rotation composé de planétésimaux et de petits corps qui n'avaient de cesse de se lier à de plus gros par l'effet de la gravitation. Cette phase d'accrétion se produisit dans le dernier stade de l'évolution du système protosolaire ainsi que je l'explique dans l'article consacré à la genèse du système solaire.
A cette époque, au hasard des rencontres, on pense qu'un astre de la taille de Mars est entré en collision avec la jeune Gaïa, la future Terre porteuse de l'Humanité. De leur union serait né la Lune. Ca c'est la version poétique. En fait l'impact fut si violent qu'il a vraisemblablement projeté dans l'espace une quantité colossale de matériaux vaporisés qui, graduellement, se sont condensés, accrétés et cristallisés pour former notre satellite. Tous les relevés isotopiques ainsi que l'abondance des éléments trouvés sur la Lune confirment que sa constitution est identique à celle de la Terre. Elle fut cependant trop petite pour conserver son atmosphère et mourut précocement par arrêt cardiaque. Aujourd'hui ses seules vibrations sont celles provoquées par les impacts météoritiques sur sa surface couverte de débris cosmiques. Mais revenons sur Terre.
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On pense également que les impacts ont contribué à la formation de notre atmosphère en provoquant le dégazage de la croûte terrestre tout en constituant des réserves de matière volatile (gaz).
D'un autre côté, ces événements ont eu d'importantes retombées économiques. Les météorites ont contribué à former des gisements de minerais (cuivre, nickel, ...) un peu partout sur Terre qui, aujourd'hui font la richesse de l'Afrique du Sud ou de certaines régions du Canada, de Russie ou d'Australie. Demain nous ferons de même avec le sous-sol lunaire et celui des astéroïdes. Les cratères d'impacts quant à eux ont permis aux organismes morts de constituer des réserves fossiles de pétrole ou de gaz.
Enfin, des indices que nous allons analyser indiquent qu'au moins un événement d'origine cosmique marqua l'extinction des dinosaures voici 65 millions d'années. Tout porte à croire qu'un impact météoritique majeur en est à l'origine.
Sachant par ailleurs que de petits astéroïdes et des comètes circulent régulièrement à quelques dizaines ou centaines de milliers de kilomètres de la Terre (les NEO), il y a tout lieu de s'y intéresser de près pour éviter d'être prochainement classer parmi les espèces disparues, quoique d'autres causes plus proches de notre quotidien peuvent produire le même résultat...
Morphologie des cratères
La meilleure image que l'on puisse donner d'un cratère est d'observer la Lune sur laquelle les effets de l'érosion comme nous la connaissons (vent, eau, tectonique, etc) n'existe pas. Qu'observons-nous ?
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Documents T.Legault et Astroarts
La structure la plus simple est une dépression en forme de bol. La sélénologue Winifred S. Cameron, spécialiste lunaire émérite auprès de la NASA définit un cratère comme étant "une dépression quasi circulaire dans la surface, entourée de remparts élevés. Vis-à-vis du niveau moyen de référence, le fond du cratère se trouve sous le niveau 0. Les cratères peuvent avoir une forme conique, circulaire, présenter des parois très peu élevées ou un fond plat, avoir un pic ou un cratère central. Leur taille varie de quelques millimètres à 300 km. Les remparts peuvent présenter des parois douces ou des terrasses, cette dernière étant largement représentée parmi les grands cratères (diamètre supérieur à 25 km)."
A mesure que la taille du cratère augmente, le pic central unique est remplacé par un ou plusieurs anneaux de pics formant localement de véritables chaînes de montagnes. Elles sont constituées de débris (brèches) et de matière fondues sous l'impact. On parle alors de "bassin d'impact".
Prochain chapitre
Les cratères terrestres
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Histoires d'impacts
Les cratères terrestres (II)
A la différence des cratères lunaires, les cratères terrestres ont une taille réduite, phénomène qui s'explique par la gravité six fois plus forte qui règne sur Terre et qui contrecarre quelque peu la dynamique de l'explosion. Les cratères les plus vastes sont celui de Sudbury au Canada (250 km, mine de Cuivre et de Nickel) et celui de Vredefort en Afrique du Sud (300 km).
Un cratère d’impact mesure théoriquement 24 fois la taille de la météorite qui lui donna naissance mais certains cratères peuvent atteindre une dimension supérieure à 30 fois le diamètre de la météorite.
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Cette progression morphologique est identique dans tout le système solaire, bien que sur Terre les cratères soient moins bien conservés en raison de l'érosion et soient de ce fait parfois difficiles à classer.
A consulter : Liste des impacts météoritiques terrestres
Sur Terre il existe deux grandes structures d'impact :
- La structure simple, un cratère jusqu'à 4 km de diamètre, avec rebords composés de roches soulevées et retournées entourant une dépression en forme de bol partiellement remplie de brèches. Le rapport diamètre-profondeur est d'environ 5:1.
- Les structures et bassins d'impact complexes de diamètre égal ou supérieur à 4 km et possédant un soulèvement central distinct sous forme d'un pic et/ou d'un anneau, une dépression annulaire et un rebord affaissé. L'intérieur de ces structures est partiellement rempli de brèches et de roches fondues par l'impact. Le rapport diamètre-profondeur est d'environ 10:1.
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Rappelons qu'il existe de part le monde des dépressions plus ou moins circulaires qui ne sont pas associées à des impacts météoritiques ou cométaires pour ne citer que la formation de Richât.
En effet, l'hypothèse de l'impact ne résiste pas à une analyse méticuleuse de minéralogie, de stratigraphie, d'écologie ou de morphologie comparée. Parfois bien sûr le consensus n'est pas total comme dans l'exemple de Carolina Bays en Caroline du Nord que l'on suspecte être associée à l'impact de fragments cométaires. La plupart des formations douteuses sont formées par des explosions souterraines de gaz ou des phénomènes d'érosion et n'ont rien à voir avec des objets tombés du ciel.
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Documents Robert E.Kobres/UGA
Prochain chapitre
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Histoires d'impacts Les conséquences d'un impact (III) Le choc produit par l'impact d'une météorite d'envergure mérite que l'on s'y attarde car un tel événement est révélateur de la puissance que renferme la matière au niveau atomique. Pour vous donner une idée des forces entrant en jeu, on estime qu'une météorite mesurant 1 km de diamètre percutant une roche terrestre tel le granite à 25 km/s provoque une force de pression de 900 GPa ou 9 millions de fois la pression atmosphérique ! L'énergie développée dépasse 8x1020 joules et équivaut à celle libérée par 200 GT de TNT, ce qui représente 16 millions de fois l'explosion d'Hiroshima ! Sous l'impact, plusieurs kilomètres cubes de terre et de roche furent éjectés dans l'atmosphère. Notez que pour produire une telle énergie, Einstein nous dit qu'un petit bloc de matière de 5 tonnes (une camionnette) animé d'une vitesse supérieure à 20 km/s et explosant dans la troposphère pourrait suffire si toute sa matière était convertie en énergie. |
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Un impact majeur comme celui du Crétacé-Tertiaire a eu des répercussions sur toute la biosphère, probablement durant des dizaines d'années. Document Don Dixon. |
Les effets d'un impact sur la terre ferme
En percutant le sol, l'énergie cinétique de ce météorite de 1 km de diamètre est si puissante que sa transformation en chaleur et énergie mécanique produit des effets vraiment extaordinaires. Autour de l'épicentre, il ne reste rien si ce n'est une profonde excavation de quelques dizaines de kilomètres de diamètre. Ce cratère est entouré d'ejecta, de sédiments mêlés de roches fondues sous le choc. Alentour, la structure des roches est déformée sous le choc, phénomène connu sous le nom de "métamorphisme de choc". Nous y trouvons des structures coniques, des roches perforées, des plans de déformation et de fractures dans les minéraux (coesite et stishovite), des roches ayant subit une double fusion comme les tectites et des roches passées de l'état cristallin à celui de verre, y compris des diamants. De telles déformations sont par exemple visibles autour du cratère de Carswell et de Mistastin au Canada, autour du site de la Tunguska en Sibérie ainsi que dans les fractures entourant le site de Chicxulub dans la péninsule du Yucatan au Mexique.
Calculez vous-même l'effet d'un impact:
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Avant la découverte d'indices d'un impact majeur à la limite du Crétacé-Tertiaire (C/T) peu de chercheurs considéraient sérieusement qu'une modification de la biosphère pouvait être liée à un processus d'ordre astronomique, somme toute aléatoire et peu probable.
Depuis 1980 et la découverte d'indices révélateurs, la communauté des géologues accepte favorablement l'idée qu'un impact météoritique d'envergure eut lieu sur Terre voici 65 millions d'années. Mais le consensus n'est pas total quant au lien éventuel entre un tel impact et ses répercussions sur la biosphère et plus précisément sur l'extinction massive des espèces qui s'en suivit. En effet, l'impact de Chicxulub a formé un cratère de 20 km de diamètre avec des déformations concentriques visibles dans un rayon de 80 km. Bien qu'il libéra énormément d'énergie dont on retrouve des traces dans les roches à 500 km de distance, ce seul phénomène ne pourrait pas provoquer une extinction massive des espèces à l'échelle planétaire. On ignore actuellement quels sont les véritables acteurs de cette hécatombe mais outre l'impact d'une météorite d'une dizaine de kilomètres de diamètre, des phénomènes secondaires ont certainement contribué à la disparition des dinosaures comme par exemple un effet climatique, bien que toutes les espèces n'aient pas été touchées de la même manière. On en reparlera.
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Documents CCMI
Pour qu'il y ait un impact au sol, la taille critique d'un météoroïde dépend de la nature du corps, sa dimension et sa trajectoire. Une météorite dense constituée de fer, mesurant 20 m de diamètre libérera autant d'énergie qu'une comète poreuse de 200 m de diamètre et tous deux exploseront dans les basses couches de l'atmosphère et n'atteindront vraisemblablement pas le sol. Leur effet sera mineur car une bonne partie de leur énergie initiale sera souflée dans l'espace. Le plus bel exemple est l'explosion de la Tunguska qui se produisit en Sibérie en 1908, événement auquel je consacre un dossier spécial.
Une météorite d'un diamètre inférieur à 500 m peut injecter jusqu'à 5 fois la quantité de soufre existant actuellement dans l'atmosphère. Mais cette quantité ne serait pas suffisante pour provoquer des modifications climatiques durables.
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Le Meteor Crater (Barringer Crater) tombé en Arizona (USA) voici 50000 ans remis à l'échelle de New York. Sa taille peut correspondre à l'impact d'une météorite dense (3 gr/cm3) de 150 m de diamètre tombant à plus de 15 km/s sous un angle de 60°. Le cratère mesure 1.2 km de diamètre. |
Une météorite de 800 à 1000 m de diamètre percutant le sol (souvent granitique sous la terre meuble) à 15 km/s provoquerait un impact (final) d'au moins 20 km de diamètre. Il libérera une énergie d'environ 1021 joules équivalent à plus de 100 GT de TNT, capable de mettre en fusion voire de vaporiser au moins 1 km3 de roche. Son effet serait similaire à celui de l'éruption d'un super volcan comme le Toba ou celui de Yellowstone. Son indice d'explosivité volcanique (VEI qui varie entre 0 et 8) atteindrait VEI 8 !
Si la région est désertique, l'énergie libérée dans l'explosion sera capable de briser les roches ou modifier leur structure cristalline jusqu'à 50 km de distance. Si l'impact se produisait dans une grande mégapole d'Amérique, d'Europe, d'Afrique ou d'Asie, étant donné la densité de population (de 10 à 50 millions d'habitants dans les mégapoles qui s'étendent sur plus de 100 km), l'impact entraînerait la disparition instantanée d'une centaine de millions d'âmes ! En effet, en raison de la formation d'une boule de feu, la propagation d'une onde séismique et d'une onde de choc similaire à celle engendrée par une puissante bombe atomique (sans retombées radioactives), la mort et la désolation se répandraient sur plusieurs centaines de kilomètres autour du point d'impact.
La perte des principaux centres économiques, des acteurs socio-politiques, des noeuds névralgiques de transport, de communications et des sources d'énergie replacerait ces grandes puissances dans la même situation qu'une ou deux générations antérieures, l'insécurité et les problèmes sanitaires en plus. Heureusement, la communauté internationale sera solidaire pour participer à la reconstruction du ou des pays victimes du cataclysme. Cela ne se fera pas en un jour évidemment, mais probablement en l'espace d'une décennie.
Comme si ce désastre n'était pas encore suffisant, un tel impact est susceptible de provoquer un bouleversement global du climat. Le soufre créé durant l'explosion provoquerait un refroidissement de la stratosphère de plusieurs degrés, entraînant des modifications secondaires de la chimie de l'atmosphère suite au réchauffement de l'azote atmosphérique par l'onde de choc et la libération de fluorures du corps vaporisé. Parmi ces effets, citons la destruction partielle de la couche d'ozone sur plusieurs milliers de kilomètres carrés, la réduction de la luminosité, une chute de 3 à 5°C de la température moyenne du globe, des pluies acides, etc. Les conséquences seraient aussi catastrophiques qu'un hiver nucléaire, les retombées radioactives en moins, bien que les rayons ultraviolets peuvent en l'espace de quelques générations créer des espèces mutantes dont l'évolution peut-être vouée à l'échec suite à l'apparition de malformations (aveuglément, cancer de la peau, etc).
En résumé, la fréquence d'un tel impact est faible, mais non nulle, autrement dit elle a une chance de se produire environ une fois tous les cents millions d'années avec un seuil critique de l'ordre de quelques centaines de milliers d'années... Quant au prochain impact de type Tunguska, il peut survenir demain ou dans quelques siècles.
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L'impact en mer : le tsunami
Peu de gens savent que les conséquences les plus graves sont en fait provoquées par les météorites (ou l'effondrement d'une montagne) tombant dans l'océan ou sur les côtes. Rappelez-vous l'effet dévastateur du tsunami qui suivit le séisme de magnitude 9 sur l'échelle ouverte de Richter (une énergie équivalente à 30000 fois la bombe d'Hiroshima !) qui se produisit le 26 décembre 2004 en Indonésie. Si le tremblement de terre fit localement d'importants dégâts et plus de 27000 victimes dans le nord de Sumatra et en Thaïlande, le tsunami fit beaucoup plus de victimes. Sous la rupture et le déplacement de la croûte terrestre le long de la plaque Indienne, des centaines de kilomètres cubes d'eau se sont déplacés soudainement en amont et en aval de la fosse de Sumatra, entraînant la formation d'une vague de 2 à 10 mètres de hauteur qui se dirigea à près 800 km/h vers les côtes.
Comment expliquer un phénomène de cette ampleur ? En fait l'onde se développe en fonction de l'envergure du séisme (du choc) et de la masse volumique d'eau disponible. A l'inverse des vagues ordinaires dont la longueur d'onde n'atteint que quelques dizaines de mètres et se propagent à quelques dizaines de km/h maximum compte tenu de la faible profondeur d'eau, la longueur d'onde d'un tsunami mesure plusieurs centaines de kilomètres et se déplace à une vitesse proportionnelle à la profondeur de l'océan : V(km/h) = 3.6 Ö¯(9.81 x H). Ainsi, si le séisme se produit dans la Fosse des Mariannes, la vague formera un tsunami qui se propagera à une vitesse supersonique ou sera au contraire de faible amplitude et très lente (50 km/h) si elle se forme près des côtes. A ce propos, vous trouverez quelques données sur la propagation des tsunamis sur le site francophone de la NOAA.
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Le tsunami traversa l'océan Indien, percutant de plein fouet Sri Lanka et les côtes Indiennes 2 heures plus tard, les îles Maldives 3h30 plus tard, les îles Seychelles et Nicobar et fit encore des vagues sur les côtes Ethiopiennes et Somaliennes environ 7 heures plus tard à 4500 km de l'épicentre ! Dans l'autre direction, le tsunami toucha les îles Andaman 30 minutes plus tard et la Thaïlande au bout de 1h30.
Les habitants ont d'abord observé
ce qu'on appelle "l'effet de rappel", le recul de la mer comme si soudainement il y avait une marée basse. Le phénomène fut si inhabituel qu'il intrigua les habitants. Mais quelues minutes plus tard, la mer est revenue. Les touristes ont tout d'abord cru qu'il s'agissait d'une vague plus forte que les autres à la seule différence qu'elle barrait tout l'horizon et semblait avoir une taille disproportionnée, soulignant l'horizon d'un épais très blanc et tumulteux. A mesure qu'elle se rapprochait des côtes, les habitants virent d'immenses rouleaux de vagues s'effondrer et avancer vers eux ainsi que des tourbillons d'écume toujours plus violents comme si quelque chose d'incroyablement puissant poussait cette vague vers les côtes.Quand ils comprirent qu'il s'agissait d'un tsunami il était déjà trop tard pour la majorité des habitants. La vague ne s'arrêta pas sur la côte... Haute de 3 à 10 m, elle déferla entre 50 et 100 km/h, envahissant la plage et les champs, s'engouffrant dans les rues et les habitations jusqu'au deuxième étage des hotels. Le flot devenu boueux et de plus en plus abondant charia durant plusieurs minutes tout ce qu'il avait détruit sur son passage : les débris des bâtiments construits en brique et en bois, les bateaux, les voitures, les palmiers et les cultures. L'eau entraîna les pauvres victimes vers la mort jusqu'à 20 km à l'intérieur des terres, avant de se retirer.
Au cours du reflux, certaines victimes seront entraînées au large, à des centaines de mètres des côtes. Certaines ne furent repêchées qu'au bout de 20 jours, miraculeusement saines et saufs. Au total, près de 300000 personnes périrent en quelques minutes ! En beaucoup d'endroit des familles entières ont disparu ou il ne survit qu'un seul représentant d'une famille de 10 personnes. 5 millions de personnes ont été déplacées ou se sont retrouvées sans-abri et sans emploi ! Dans les jours et semaines qui suivirent, le deuxième dangé fut d'ordre sanitaire en raison de la chaleur, de la putréfaction des corps, des eaux putrides et du manque d'eau et d'hygiène. Ce fut la plus grande catastrophe naturelle à laquelle l'ONU fut confrontée et coûta plus 5 milliards de dollars à la communauté internationale.
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Plus surprenant, sur le plan géologique certaines îles se soulevèrent d'un à deux mètres, la plaque Indienne s'enfonçant de 20 m sous la plaque Birmane, tandis que toute la zone de subduction sur une bande de 1200 km le long de l'Indonésie se déplaça horizontalement d'environ 20 mètres. Selon les géophysiciens, l'énergie engendrée par le séisme modifia l'inclinaison de l'axe instantané de rotation de la Terre d'environ 2.5 cm vers 145° E à la surface des pôles (dans les variations annuelles qui peuvent atteindre 20 cm). La forme oblate de la Terre a également été réduite d'une partie dans 10 milliards; elle est un peu plus ronde qu'auparavant. La durée de rotation de la Terre a également augmenté de 2.68 microsecondes par an. Cet effet est en relation avec son changement de forme. Ces faibles valeurs qui demeurent dans les fluctuations normales n'ont entraîné aucune conséquence climatique.
Pour le lecteur résidant parfois sur la côte dans des pays à risque sismique, s'il n'y avait qu'une seule leçon à tirer d'un tel phénomène c'est d'être en alerte lorsque vous observez un phénomène inhabituel et de grande ampleur en mer. Ne laissez agir que votre instinct car il peut vous sauver la vie. Renseignez-vous au plus vite, téléphonez aux autorités maritimes, allumez la radio et quittez si nécessaire les lieux pour vous réfugier sur les hauteurs. Rappelez-vous qu'un séisme sous-marin est toujours associé à un tsunami et il faut prendre le risque de catastrophe très au sérieux.