La surface de la Terre est constamment saupoudrée de poussière spatiale. Du matériel extraterrestre a plu sur notre planète tout au long de son histoire de plusieurs milliards d’années – et la pluie céleste continue chaque jour qui passe. Des morceaux importants de roche et de métal sont les exemples les plus dramatiques, apparaissant comme des étoiles filantes brillantes lors de leur passage enflammé dans la haute atmosphère et atteignant parfois le sol pour devenir des météorites. Mais la plupart des objets spatiaux qui tombent sur Terre sont assez petits, d’une taille submillimétrique.
Dans le passé, les chercheurs ont cherché à évaluer la quantité de ces micrométéorites qui atteignent la Terre au fil du temps, mais l’analyse de la poussière cosmique est difficile sur une planète qui tourbillonne constamment la poussière de sa propre fabrication.
Maintenant, dans une étude récemment publiée dans Lettres de science terrestre et planétaire, une équipe mesurant l’accumulation de micrométéorites dans la neige immaculée de l’Antarctique a fourni la meilleure estimation à ce jour pour les débris extraterrestres entrants. Avec des techniques d’échantillonnage propres et des âges précis pour les dépôts de poussière, les chercheurs ont calculé qu’environ 5 200 tonnes métriques de micrométéorites tombent sur Terre chaque année.
L’endroit idéal pour la poussière spatiale
Les régions polaires, telles que le Groenland et l’Antarctique, qui sont couvertes de glace toute l’année sont des points chauds pour la recherche sur les micrométéorites en raison de leur isolement géographique et de leur stase. Des matériaux rares d’ailleurs sur Terre atteignent ces régions éloignées, permettant aux calottes glaciaires à peine changeantes d’absorber la poussière de l’espace avec une contamination minimale. La glace durable donne également aux chercheurs un moyen de marquer l’âge des micrométéorites, dénotées par des couches de neige annuelles qui persistent année après année.
Bien que les deux pôles aient un potentiel pour la recherche sur les micrométéorites, Jean Duprat, cosmochimiste à l’Université Paris-Saclay, préfère la glace méridionale. «Le pôle Sud est de loin le meilleur parce que vous êtes entouré par les océans – vous êtes complètement isolé du continent», déclare Duprat, co-auteur de l’étude.
En trois saisons sur le terrain s’étalant sur les deux dernières décennies, Duprat et ses collègues ont visité la station franco-italienne Concordia dans une région appelée Dome C en Antarctique pour collecter des micrométéorites. Situé à 1 100 kilomètres à l’intérieur du continent et s’élevant à plus de trois kilomètres au-dessus du niveau de la mer, le Dome C est pratiquement parfait pour la collecte de poussière cosmique.
Julien Rojas, doctorant à l’Université Paris-Saclay et auteur principal de l’étude, note que les chutes de neige au Dôme C ont «un taux d’accumulation assez faible, mais c’est suffisant pour protéger et préserver les particules». Selon Rojas, la minceur résultante de la couche de neige de chaque année a permis à l’équipe de collecter des décennies de dépôts annuels de micrométéorites en un seul endroit sans avoir à faire fondre d’énormes quantités de glace.
Un gros plan de la poussière cosmique
Les chercheurs ont commencé leurs travaux avec des gisements datant de plusieurs années avant 1995, puis ils ont creusé des couches antérieures plus profondes. Cela visait à éviter toute contamination humaine due à la création de la station de terrain à Concordia, qui a véritablement commencé en 1996.
Au fil des ans, Duprat s’est rendu compte que les chercheurs eux-mêmes importaient par inadvertance de petites mais importantes quantités de poussière terrestre sur le site, contaminant leurs échantillons. Des ajustements minutieux de la collecte et de la manipulation ont finalement résolu le problème: chaque échantillon de neige était scellé dans un fût en polyéthylène, puis transporté dans une salle blanche pour fusion et tamisage.
Après avoir filtré la poussière de la neige, l’équipe a utilisé la microscopie électronique, la spectroscopie aux rayons X et d’autres techniques pour analyser plus de 2000 particules allant de 12 à 700 microns. La poussière d’origine spatiale présente généralement plusieurs éléments révélateurs – par exemple, une forme sphérique (provenant de la fusion lors de l’entrée dans l’atmosphère) ou une distribution distinctement surnaturelle d’isotopes chimiques. L’éventail de méthodes d’analyse a permis à l’équipe non seulement d’identifier la poussière cosmique, mais également de retracer l’origine la plus probable de chaque particule extraterrestre.
«Nous avons essayé de nous concentrer sur les micrométéorites non fondues, qui sont mal collectées dans d’autres collections car elles sont très fragiles et peuvent être facilement détruites», explique Rojas. «Notre protocole de collecte nous permet de le préserver.»
L’équipe a découvert que plus de 60% de la poussière provenait probablement des comètes de la famille Jupiter, qui sont rassemblées dans des périodes orbitales de moins de 20 ans par l’influence gravitationnelle de la planète géante. Environ 20% de la poussière provenait probablement de la ceinture principale d’astéroïdes. «La poussière des comètes est plus moelleuse que celle des astéroïdes», dit Rojas, ajoutant que le matériau cométaire a également tendance à être plus riche en matière organique, ce qui est typique des comètes de la famille Jupiter.
«Les météorites et la poussière cosmique sont ces très beaux ensembles complémentaires d’astromatériaux», déclare Marc Fries, planétaire et conservateur des collections de poussière cosmique de la NASA., qui n’a pas participé à l’étude. Il explique que les astéroïdes ont tendance à être des corps cohésifs et rocheux qui laissent derrière eux des morceaux et des éclats à la surface de la Terre. «Les comètes ne sont pas aussi cohésives», dit-il, ajoutant que le matériau «pelucheux» se désintègre facilement, conduisant à des dépôts de poussière cosmique.
Les composés organiques de la poussière cosmique auraient pu être d’une importance vitale pour les origines de la vie sur Terre, dit Fries. La chute de poussière spatiale «a probablement ajouté un contingent important de la quantité totale de volatils à la surface de la Terre: l’eau, le carbone et d’autres matériaux qui étaient importants pour la chimie prébiotique et pour la montée de la vie», ajoute-t-il. «Comprendre la gamme complète de composition de ces particules nous donne un aperçu de la composition du système solaire interne – les petits corps en particulier.»
Une fois que les chercheurs ont réussi à extraire la poussière et à cartographier son abondance par rapport à l’horloge d’année en année réglée par les chutes de neige annuelles au Dôme C, ils ont pu calculer le flux de poussière extraterrestre entrante. Lorsqu’elle a étendu les mesures du Dôme C à l’ensemble de la planète, l’équipe a constaté qu’entre 4 000 et 6 700 tonnes métriques de poussière spatiale tombaient sur Terre chaque année.
La gamme de tonnage de poussières est essentiellement une question de statistiques, reflétant la difficulté inhérente d’extrapoler un effet global à partir d’une série très complexe de mesures locales limitées. «En fonction du volume de neige, vous vous attendriez à une certaine incertitude en comptant simplement les particules», explique Rojas.
Kate Burgess, géologue au US Naval Research Laboratory, qui n’a pas participé à la recherche, est impressionnée par l’étude mais prévient que son estimation ne peut pas être le dernier mot. «Compter des centaines et des centaines de particules – c’est tellement de travail d’essayer d’obtenir suffisamment de particules pour avoir des statistiques suffisamment bonnes pour éliminer toute sorte d’erreur statistique dans ce nombre», note-t-elle.
En particulier, dit Burgess, l’apport de poussière des comètes peut fluctuer dans le temps, en fonction des caprices de la mécanique orbitale, des taux de dégazage des comètes et d’une foule d’autres variables qui ne sont pas nécessairement bien comprises. “Celles-ci [are] sources transitoires », explique-t-elle. “S’ils proviennent d’une comète spécifique de la famille Jupiter, ceux-ci viennent périodiquement et relativement régulièrement mais pas constamment.”
Un petit pas
Alors que les membres de la communauté des poussières extraterrestres ont su que des milliers de tonnes métriques de poussière atterrissent sur Terre chaque année, Burgess félicite les chercheurs d’avoir «pu imposer des contraintes plus strictes sur la durée pendant laquelle ces micrométéorites se sont accumulées que certaines des études précédentes. . »
«De notre point de vue au sein de la communauté, c’est un très bon travail», dit-elle. Fries est d’accord, ajoutant que «la communauté scientifique souhaite depuis longtemps exactement le type d’échantillons recueillis par cette équipe», c’est-à-dire des échantillons frais, propres et recueillis avec une précision et un soin minutieux.
Par coïncidence, cette année marque le 40e anniversaire des collections de poussière cosmique de la NASA. Déjà, dit Fries, ses collègues se demandent comment ils pourraient acquérir certains de ces précieux spécimens du pôle Sud. «Ceux-ci sont recherchés par les scientifiques», dit-il. «C’est très opportun.»
