Astéroïdes & météorites : Généralités II

La traînée lumineuse produite par l'entrée dans l'atmosphère du météoroïde, à des vitesses de l'ordre de dizaines de kilomètres-seconde, - jusqu'à 75 kilomètres-seconde pour les bolides mais en général aux environs de 15 kilomètres-seconde, soit 54.000 kilomètres-heure -, s'appelle un météore, soit un petit météoroïde, - ou étoile filante -, dont la combustion illumine le ciel la nuit, soit un gros météoroïdebrillant assez pour être visible même le jour, - ou bolide -. Ce météore lumineux s'éteint à une altitude d'environ 20 kilomètres au-dessus de la surface de la planète. Lorsque son ablation, dans la troposphère, n'est pas complète et qu'il atteint le sol en chute libre, il prend nom de météorite

La réaction de la météoroïde, lors de sa pénétration dans l'atmosphère, et ensuite, éventuellement, lors de son impact avec la surface terrestre, peut se traduire, en plein ciel, le choc thermique provoquant souvent sa fragmentation en plusieurs morceaux, ou au niveau du sol, le contact générant sa dislocation, par un champ de dispersion, - ou champ d'éparpillement ou champ de distribution -. En plein ciel, l'explosion produit la dispersion des fragments sur une vaste zone de forme elliptique, - si plusieurs explosions, formation de plusieurs ellipses se chevauchant -, et, au sol, l'impact provoque la fragmentation qui se disperse sur un site de forme variée, mais généralement circulaire.

Un météore, de taille suffisante peut, en tombant sur Terre, laisser une empreinte sous forme de cratère d’impact, soit de structure simple, une dépression en forme de bol ou de cuvette de moins de 3,2 kilomètres de diamètre ; soit de transition, un diamètre transitoire d’environ 2,6 kilomètres, ressemblant à un bol ou à une cuvette à fond plat ; soit complexe, présentant un pic central : soit complexe et à anneaux multiples, le pic central étant remplacé par une structure annulaire centrale. Suivant la sélénologue, - spécialiste de l'étude de la Lune -, Winifred Sawtell Cameron(1), - Laboratoire de physique spatiale, NSSDC, Goddard et l'US Naval Observatory -, un cratère d'impact est « 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 kilomètres Les remparts peuvent présenter des parois douces ou des terrasses, cette dernière étant largement représentée parmi les grands cratères de diamètre supérieur à 25 kilomètres. »

A mesure que le diamètre de cratère augmente, l'effondrement des murs et le rebondissement intérieur du plancher enfoncé du cratère créent un pic central progressivement plus grand et des crêtes centrales. Avec les plus grands diamètres, nommés généralement bassins d'impact s'ils percent la croûte et provoquent des épanchements magmatiques, la crête centrale simple est remplacée par un ou plusieurs d’anneaux maximaux, formant, localement, de véritables chaines de montagne constituées de brèches et de matières fondues sous l'impact.

Les astéroïdes géocroiseurs évoluent à proximité de la Planète bleue. Ce sont des astéroïdes dont l'orbite autour du Soleil croise celle de la Terre. D'après Chamberlin, 4.500 d'entre elles ont été reconnues. Du point de vue statistique, la probabilité d’un impact avec une météorite d’environ 50 mètres ne tombe, à la surface de la Terre que tous les 100 à 2000 ans ; de 100 mètres, tous les 5.000 à 10.000 ans ; de 200 à 300 mètres, tous les 30.000 ans ; de 500 mètres, tous les 200.000 ans ; de 1,3 kilomètres, tous les 800.000 ans ; et de 10 kilomètres tous les 150 millions d'années. Notre planète, âgée de 4,6 milliards d'années a donc « digéré » de très nombreux impacts dont il ne reste que peu de traces, du moins en surface.

De nombreuses études ont permis de comprendre ce qu'ils se produit au moment du choc. Suivant l'astronome H.-J. Melosh(2), « Le pré-contact avec le sol est suivi d’un stade de compression. La masse d’air prise en sandwich entre le bolide et la terre est compressée et chauffée. À mesure que la météorite s’approche de la surface, la pression et la chaleur deviennent telles que les matériaux de surface, sous le bolide, fondent littéralement. Une décompression de cette masse d’air peut se faire latéralement en formant une sorte de cône, transportant de petites masses de roches surchauffées à très grande vitesse. Avec ce transport se produit un refroidissement générant des débris impactiques qui se dispersent sur plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de kilomètres. Quelques microsecondes plus tard, au point d’impact, l’énergie cinétique a été transformée en deux ondes de choc se propageant de façon concentrique. L’une est partie vers le haut dans le projectile et la seconde vers le bas jusqu’à 1 kilomètre dans l’encaissant terrestre, chauffant et compressant le matériel jusqu’à 25 % de son volume originel.

« Puis, à mesure que le bolide est vaporisé, ce qui suit la première onde de choc, se produit une décompression rapide du matériel. Sous l’effet d’une grande énergie cinétique, cela provoque la formation d’un cône d’éjecta surmontant les environs. Les sédiments sommitaux sont logiquement les premiers à émerger. Le matériel cible est mélangé avec des fragments du socle granitique, donnant des brèches d’impact. Le socle cristallin est à son tour affecté et une partie est remontée donnant des brèches. Mélanges et remontées, avec processus d’inversion, sont caractéristiques des cratères d’impact. Un vaste panache d’éjecta se forme, suivi d'un nuage de vapeur chaude autour du soubassement cristallin excavé. C’est ce mélange qui engendre la formation de brèches incluant des fragments cristallins, d’éléments de la couverture et des poussières.

« Après la formation du cratère d’impact, il se produit un certain retour à l’équilibre mais avec des répercussions sur les environs du cratère. L’aire comprimée sous le centre du nouveau cratère rebondit de façon plus ou moins élastique comme si elle était soulagée d’une très forte pression et forme une bordure en anneau et une élévation centrale cristalline. Le matériel des bordures glisse en couverture, formant des replats. Il en est de même à partir du dôme central. La vapeur incandescente provoque d’énormes tempêtes provoquant de véritables déluges de précipitations de telle sorte que le cratère est rapidement rempli. La texture des brèches portent, généralement, les traces de tout cela, indiquant un refroidissement rapide à partir d’une température de 2.000° Celsius. Ces pluies diluviennes engendrent des glissements de terrain dans le cratère, des phénomènes d’érosion sur les remparts et le dôme peu consolidé, puis, parfois, la formation d’un lac qui laissera des traces sous forme de sédiments lacustres. Les érosions ultérieures effaceront pratiquement toute trace topographique du cratère. »

Et suivant l'astronome Lambert(3), « La formation des cratères d'impact varie en fonction de l’importance de l’impacteur, - diamètre et masse -, de sa vitesse, de sa densité et surtout du lieu de chute, mais aussi de sa composition et de son angle d’approche. En effet, lorsque ces astéroïdes tombent dans la mer, ils provoquent des chocs thermiques. Leur température peut atteindre 50.000° Celsius et de gigantesques tsunamis avec des vagues supérieures à 20-30 mètres, et parfois nettement plus. Pour Chicxulub certaines vagues auraient atteint 100 mètres. Un impact laisse de nombreuses traces liées à la collision et au métamorphisme de choc, telles que cratère circulaire ou ellipsoïdal, impactites ou roches fondues et transformées physiquement par les ondes de choc, cônes de percussion, anomalies gravimétriques, etc., qui permettent par la suite d’identifier la réalité d’un astroblème. »

Le nombre de cratères et d’astroblèmes identifiés, depuis 1950, sur la terre, est de plus de 230 et de nouvelles structures sont découvertes chaque année. Mais la majorité de ceux-ci qui se sont formés depuis 4,55 milliards d'années, sur la lithosphère continentale ont été effacés, de longue date, par l'érosion à laquelle la Terre est soumise. De plus, et en toute logique, environ 71 % de la surface terrestre étant couverte par des océans d'eau salée et autres sources d'eau comme les lacs, la grande majorité des bolides est tombée dans les océans dont le plancher est en constant renouvellement et, par le jeu des plaques tectoniques et des fosses de subduction, en constante disparition, faisant que les cicatrices n'y perdurent pas au-delà de 200 millions d'années. En outre, la sédimentation océanique, - fraction biogène liée à l'activité biologique du plancton et des organismes marins, fraction vulcanogène résultant de l'activité volcanique, fraction détritique héritée des continents, et fraction authigène néoformée à partir des ions en solution dans l'eau de mer -, de plusieurs centaines de mètres à plusieurs kilomètres d'épaisseur, oblitère.

Les plus anciens cratères d'impacts et astroblèmes sont donc à rechercher sur la lithosphère continentale et, notamment, sur les cratons, - archons, roches de l'Archéen, plus de 2,5 milliards d'années ; protons, roches du Protérozoïque ancien ou moyen, de 1,6 à 2,5 milliards d'années ; et tectons, roches du Néoprotérozoïque, 1,6 milliard à 800 millions d'années -, composés d'une partie crustale de nature continentale et d'une partie, dite lithosphérique, de nature mantellique, susceptibles de conserver longtemps leurs traces. Ces régions, dites socles, se caractérisent par des propriétés géologiques et géomorphologiques d'un âge d'au moins 500 millions d'années, une dimension régionale à continentale de quelques centaines de kilomètres au minimum, un relief faible de quelques centaines de mètres pour des distances hectokilométriques et une épaisseur crustale de l'ordre de 35 à 40 kilomètres, et ne connaissant qu’une érosion modérée.

Les plus anciens astroblèmes ont été identifiés à Maniitsoq, au Groenland, environ 3 milliards d’années, Archéen moyen ou Mésoarchéen ; à Suavjäri, en Carélie, 2.400 millions d'années, limite Archéen/protérozoïque ; à Vredefort, en Afrique du Sud, 2.023 ± 4 millions d'années ; à Yarrabubba, Australie occidentale, ~ 2 milliards d'années ; à Sudbury au Canada, 1.850 ± 3 millions d'années ; à Keurusselkä, à Keuruu / Mänttä, en Finlande, 1.600 millions d'années ; et à Shoemaker, Australie occidentale, 1630 ± 5 millions d'années.

La structure Maniitsoq, de forme irrégulière, elliptique et d’une extension d’environ 200 kilomètres, vestige du cratère initial qui devait dépasser les 500 kilomètres(4), a été révélée grâce à une importante anomalie aéromagnétique dans une zone nommée le « craton Atlantique Nord. » La partie centrale du cratère, s’étendant sur une surface de 1.750 kilomètres carrés est constituée par du matériel quartzo-feldspathique entièrement broyé, des brèches, des microbrèches fluidisées présentant des traces de fusion, des pseudotachylites, des altérations hydrothermales et des grains de quartz « choqués » résultant de l’impact de grosses météorites.

Le cratère d'impact du Suavjärvi, situé dans la partie centrale du « craton de la Carélie », de caractéristique circulaire, à un diamètre apparent, déterminé sur la base d'une image satellitaire, de 16 kilomètres. Topographiquement, excepté la présence d'un lac d'environ 3 kilomètres de diamètre, aucune trace n'en subsiste. Quant au cratère d’impact de Vredefort, d'un diamètre d’environ 300 kilomètres, du Paléoprotérozoïque ou Protérozoïque inférieur, est l'un des rares à anneaux multiples terrestres. Tellement vaste, la ville éponyme a été construite en son intérieur même. Son dôme central, avec un rayon de 190 kilomètres, le plus grand et le plus profondément érodé, est le témoin de la seconde plus grande libération d’énergie, - après celle du Maniitsoq, au Groenland -, connue sur la planète, qui a causé des changements planétaires dévastateurs, parmi lesquels, selon certains scientifiques, des modifications majeures en termes d’évolution.

Outre les cratères d'impact du Maniitsoq, au Groenland, estimé à 500 kilomètres de diamètre, de Vredefort, en Afrique du Sud, 300 kilomètres de diamètre, de nombreux autres structures cratérales d'impact ont un diamètre égal ou supérieur à 50 kilomètres. Tel est celui du bassin de Sudbury, sur le Bouclier canadien, dans la ville de Grand Sudbury, dans l'Ontario, au Canada, s'étend sur 62 kilomètres de long, 30 kilomètres de large et 15 kilomètres de profondeur, résultant de l’impact, vers 1,849 milliard années, au paléoprotérozoïque, éparpillant des débris sur une superficie de 1.600.000 kilomètres carrés, dans un rayon de 800 kilomètres, d’une météorite d'environ 10 à 15 kilomètres de long créant un cratère d’environ 250 kilomètres de diamètre grandement érodé ; du bassin East Warburton, en Australie du Sud, une météorite colossale d’une vingtaine de kilomètres de long, vers 360 millions d'années, au Carbonifère, impactant une zone de de 200 kilomètres de diamètre enterrée à une profondeur d'environ 4 kilomètres ; de Chicxulub, au Yucatan, Mexique du sud, un cratère de 170 kilomètres de diamètre, en partie sous la mer, très largement érodé par les climats tropicaux. La météorite devait avoir un diamètre de près de 10 kilomètres, tombée il y a environ 65 millions d’années ;

de Kara, dans la péninsule Yugorsky, Nenetsia, en Russie, un cratère de diamètre estimé à 120 kilomètres, mais de seulement 65 kilomètres après érosion, 70,3 ± 2,2 millions d'années, du Crétacé supérieur ; de la rivière Popigai, en Sibérie, à cheval sur la péninsule de Taïmyr et la République de Sakha, et son cratère de 100 kilomètres de diamètre, du Priabonien, 37,6 millions d'années, formé la chute d'une astéroïde soit composée de chondrite, de 8 kilomètres de diamètre, soit rocheuse, de 5 kilomètres de diamètre, les ondes de choc transformant le graphite en diamant dans un rayon de 13,5 kilomètres de diamètre autour du point d'impact ; de Manicouagan, , surnommé l'œil des ténèbres du Québec, au Canada, un cratère de 100 kilomètres de diamètre, formé suite à l'impact d'un astéroïde d'environ 5 kilomètres de diamètre, 214 ± 1 million d'années, au Trias, - contemporain des cratères de Rochechouart-Chassenon, France, 214 ± 8 millions d'années, diamètre 22 kilomètres ; du lac Saint-Martin, Manitoba, Canada, 219 ± 32 millions d'années, diamètre 40 kilomètres ; de l'Obolon, Ukraine, 215 ± 25 millions d'années, diamètre 15 kilomètres ; de Koursk, Russie, 250 ± 80 millions d'années, diamètre 6 kilomètres ; de Wells-Creek, États-Unis, 200 ± 100 millions d'années, diamètre 14 kilomètres ; de Red-Wing, États.-Unis, 200 ± 25 millions d'années, diamètre 9 kilomètres ; et de Puchezh-Katunki, Russie, 220 ± 10 millions d'années, diamètre 80 kilomètres -, et inondé par l'édification du barrage Daniel-Johnson, sur la rivière Manicouagan, d'une superficie de 2.000 kilomètres carrés et d'une profondeur moyenne de 73 mètres ;

d'Acraman, suite à un impact vers 580 ± 10 millions d'années, à l'édiacarien, dans la chaîne Gawler, en Australie-Méridionale, marqué par le lac à sec Acraman, une dépression circulaire d'environ 20 kilomètres de diamètre et très érodé, mais ayant atteint un diamètre estimé à 85/90 kilomètres ; de la baie de Chesapeak, en Virginie, aux États-Unis, environ 35 millions d'années, durant le Priabonien, une structure circulaire complète d'un diamètre d'environ 85 kilomètres et d'une profondeur de 1,3 kilomètre ; de Puchezh-Katunki, Russie, 220 ± 10 millions d'années, dans le district Chkalovsky de Nijni Novgorod, district fédéral de la Volga, en Russie, d'un diamètre estimé à 80 kilomètres, soit formé vers 220 ± 10 millions d'années, au Trias supérieur, soit vers 167 ± 3 millions d'années, dans le Jurassique moyen ;

de Morokweng, un cratère de 70 kilomètres de diamètre formé, vers 145 millions d'années, par un astéroïde de 5 à 10 kilomètres de large, enfoui à plus de 770 mètres sous la surface du désert du Kalahari, près de la ville de Morokweng, province du Nord-Ouest Afrique du Sud, non loin de la frontière avec le Botswana ; de Beaverhead, dans le Centre de l'Idaho et de l'Ouest du Montana, États-Unis, un cratère de diamètre estimé à 60 kilomètres, environ 600 millions d'années, début du Néoprotérozoïque, excepté la présence de cônes d'éclatement trouvés sur le périmètre, très érodé ; de Tookoonooka dans le Queensland, en Australie, un cratère, non vosoble depuis la surface, avoisinant les 55 kilomètres de diamètre, vers 128 ± 5 millions d'années, découvert lors de prospections pétrolières ; de Charlevoix, en bordure du Bouclier canadien, à 105 kilomètres au Nord-Est de la ville de Québec, Canada, un cratère de 54 kilomètres de diamètre s'étendant sur la rive Nord du fleuve Saint-Laurent et sous l'eau du fleuve, formé, vers 342 millions d'années, par un astéroïde de 2 kilomètres de diamètre, d'une masse de 15 milliards de tonnes, arrivant à une vitesse de 10 à 20 kilomètres-seconde ; de Siljan, Suède, 52, 377 millions d'années, au Dévonien, très érodé, d'un diamètre estimé à environ 52 kilomètres, le plus grand cratère d'impact, hors Russie, connu en Europe, doté d'un anneau hôte d'un chapelet de lacs d'une superficie cumulée de de 354 kilomètres carrés dont le lac Siljan qui atteint une profondeur maximale de 120 mètres ; et de Karakul, 5 millions d'années, situé dans les montagnes du Pamir, au Tadjikistan, à une altitude de 3900 mètres dessus du niveau moyen de la mer, un cratère d'un diamètre de 52 kilomètres, hébergeant un lac de même diamètre.

Il a été longtemps admis que La Patagonie argentine hébergeait, en nombre de cratères d'impact, le deuxième champ le plus grand au monde, avec au moins 100 dépressions sur un rayon de 400 kilomètres, derrière celui de Sikhote-Aalin, en Sibérie, qui en compte 159 cratères de taille plus réduite, le plus grand champ de cratères d'impact au monde, dans la zone volcanique de Bajada del Diablo, province de Chubut, avec des cratères mesurant entre 100 et 500 mètres de diamètre et entre 30 et 50 mètres de profondeur, mais il a été dépassé, par la nouvelle découverte, en Octobre 2004, dans le Sud-Ouest du désert Égyptien, de plusieurs dizaines de structures géologiques circulaires, - une pluie de météorites vers 50 millions d'années -, de diamètre variant entre 500 mètres et 2 kilomètres, regroupées dans une région de 5.000 kilomètres carrés

Les cratères Wabar, en Arabie Séoudite, - par analyse des fragments de verre « Fission-track » de 4.500 ans BP d'âge, par datation par thermoluminescence coïncidant avec le passage d'une boule de feu sur Riyad en 1863 ou en 1891 et les observations de boule de feu du 1er Septembre 1704 de Tarim, au Yémen, l'impact météoritique se serai produit vers 1700 -, ont été découverts par l'officier de renseignement, Jack Philby, - connu sous le nom de Sheikh Abdullah, lors de la recherche de la légendaire ville d'Ubar, en Arabie, en 1932, sur la vaste friche désertique de Rub 'al Khali. La cartographie la plus récente du site de Le site de 500 mètres de large et de 1.000 mètres de long, montre trois cratères importants, plus ou moins circulaires, tous sous-tendus par un rebord hémisphérique « Insta-Rock », - ainsi dénommé parce que créé à partir de sable local par l'onde de choc de l'impact -, alors que cinq avaient été signalés par Philby. Ces cratères sont un exemple de l’effacement rapide des cicatrices laissées par un impact. En 1932, le cratère d’impact principal, d'un diamètres de 116 mètres, était profond de 12,5 mètres et abritait un lac de sel blanc. Colmaté par les sables, il n’était plus que de 8 mètres de profondeur en 1965 et seulement de 2 mètres en 1994.

Notes :

(1) Winifred Sawtell Cameron « Analyses of Lunar Transient Phenomena. » Observations from 557–1994 A.D.

(2)J.-N. Salomon & T. Auly. «Impactors and astroblems: attempt of classification and geographical approach », Geo Morphologie. Janvier 2010

(3)J.-N. Salomon & T. Auly. « Impactors and astroblems: attempt of classification and geographical approach », Geo Morphologie. Janvier 2010

(4) Adam A. Garde, Iain McDonald, Brendan Dyck et Nynke Keulen, « Searching for giant, anvien impact structure on Earth : The Mesorarcgaean Maniitsoq structure, West Greeland  », Earth and Planetary Science Letters, volume 337-338,‎ Juillet 2012, page 197 à 210.