L’origine de l’eau terrestre, élément essentiel à la vie, représente toujours une énigme pour les scientifiques. Alors que notre planète s’est formée dans une région du système solaire dépourvue de glace d’eau, à partir de roches sèches, une nouvelle théorie élaborée par des chercheurs français pourrait expliquer comment elle est devenue la planète bleue que nous connaissons.

L’explication classique fait intervenir un violent bombardement d’astéroïdes et de comètes, dirigés vers la Terre par des mécanismes gravitationnels complexes. Mais une équipe de chercheurs de l’Observatoire de Paris-PSL et de l’institut de physique du globe propose aujourd’hui un scénario radicalement différent : celui d’un « bain de vapeur » cosmique. Une théorie qui pourrait changer la donne dans notre quête de planètes habitables en dehors du système solaire.

C’est en étudiant d’autres systèmes stellaires que l’idée a germé dans l’esprit de Quentin Kral, astrophysicien au Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (LESIA) de l’Observatoire de Paris. « Ma thématique de recherche porte sur les ceintures de débris du type de celle de Kuiper, plus froides et plus éloignées que la ceinture principale d’astéroïdes suspectée d’avoir fourni son eau à la Terre », explique le chercheur.

Des observations réalisées avec le radiotélescope Alma, installé dans le désert d’Atacama, au Chili, ont révélé que ces ceintures lointaines libéraient du gaz – en l’occurrence du monoxyde de carbone. Une découverte qui a fait réfléchir l’astrophysicien : si ces ceintures lointaines dégazent, peut-être que les ceintures d’astéroïdes situées plus près de leur étoile, comme celle se trouvant entre Mars et Jupiter dans notre système solaire, ont aussi connu ce phénomène dans leur jeunesse.

« À cette distance de l’étoile, les astéroïdes n’ont toutefois pas pu dégazer ainsi du monoxyde carbone : il est trop volatil pour subsister longtemps. En revanche, de la glace d’eau présente sur les astéroïdes a pu se transformer en vapeur sous l’effet de la chaleur », explique le chercheur. Une hypothèse confortée par les observations récentes de la ceinture d’astéroïdes. Les missions spatiales Hayabusa 2 et OSIRIS-REx, qui ont visité de près ces corps célestes pour les échantillonner, ont en effet révélé la présence de grandes quantités de minéraux hydratés à leur surface.

Or, aujourd’hui, à l’exception du plus gros corps de la ceinture, Cérès, ces astéroïdes ne portent plus trace de glace d’eau. « Ces minéraux hydratés prouvent qu’il y a forcément eu de la glace d’eau sur ces objets dans leur jeunesse. Et comme elle n’est plus présente aujourd’hui, il faut absolument qu’elle ait été sublimée à un moment ou à un autre », souligne l’astrophysicien.

« La solution la plus simple est souvent la meilleure »

Mais comment cette glace d’eau présente sur les astéroïdes a-t-elle pu finir par former les océans terrestres ? « Initialement, les astéroïdes naissent dans ce qu’on appelle un disque protoplanétaire qui agit comme un cocon car il contient du gaz. Gaz qui, dans une certaine mesure, empêche un peu la radiation solaire de pénétrer à l’intérieur et d’atteindre ces petits corps », explique Quentin Kral. Dans ces conditions, les astéroïdes restent suffisamment froids pour accumuler de la glace d’eau. « Mais quand ce cocon disparaît au bout de quelques millions d’années, la radiation solaire va venir taper directement sur les astéroïdes, ce qui va les réchauffer et leurs glaces vont alors commencer à se sublimer. »

Intervient alors un événement déterminant : une brusque augmentation de la luminosité du jeune Soleil, survenue entre 20 et 30 millions d’années après sa naissance. « C’est à ce moment-là qu’un maximum de glace d’eau de la ceinture d’astéroïdes est relâché », précise le chercheur. Cette vapeur d’eau forme alors un disque qui s’étale progressivement dans le système solaire jusqu’à atteindre la Terre et les autres planètes, qui en capturent une partie grâce à l’attraction gravitationnelle qu’elles exercent.

Un scénario qui s’accorde bien avec ce que les scientifiques pensent savoir de la chronologie de l’histoire terrestre. « Des minéraux indiquent que de l’eau a été présente très tôt sur notre planète, avant 100 millions d’années », explique le chercheur. « Notre modèle, qui montre que l’essentiel a été délivré à la Terre entre 20 et 30 millions d’années après la naissance du Soleil, colle donc assez bien. »

Ce mécanisme a aussi l’avantage de la simplicité. « Or, en physique, on aime bien les choses qui fonctionnent sans avoir à faire un savant réglage afin de serrer tous les boulons bien comme il faut, au bon moment et au bon endroit, pour obtenir ce que l’on observe », souligne Quentin Kral. « C’est ce qu’on appelle le rasoir d’Occam : la solution la plus simple est souvent la meilleure. »

Dans les scénarios d’impacts évoqués jusqu’ici, il faut en effet imaginer une cascade d’événements très précis : des perturbations gravitationnelles complexes pour diriger les astéroïdes vers la Terre, au bon moment et en quantité suffisante. « Le mécanisme que nous proposons est beaucoup plus naturel à mettre en place. Nul besoin de forcer les astéroïdes à venir s’écraser sur Terre pour pouvoir ramener leur glace d’eau jusqu’à elle. »

Des prédictions pour éclairer la quête de planètes habitables

Au-delà de l’histoire particulière de notre planète dans notre système solaire, cette nouvelle théorie pourrait aussi bouleverser notre recherche de planètes habitables. Contrairement au scénario des impacts, trop dépendant d’une succession précise d’événements pour être transposé ailleurs, ce mécanisme plus naturel pourrait être à l’œuvre dans de nombreux systèmes planétaires.

« Maintenant qu’on a fait cette étude pour le système solaire, on va pouvoir regarder un peu plus en détail les autres systèmes autour d’autres étoiles et faire des prédictions », s’enthousiasme l’astrophysicien. « Tiens, ce système-là a une ceinture d’astéroïdes comme ça, donc on prédit qu’il a généré tant d’eau, et donc les planètes qui sont à cette distance-là ont dû en capturer telle quantité. » Des prévisions qui permettraient de mieux cibler les planètes susceptibles d’abriter de l’eau liquide, cet « ingrédient essentiel pour que la vie puisse se développer. »

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Pour vérifier cette hypothèse, l’équipe a déjà commencé à chercher des traces de ceintures d’astéroïdes qui dégazeraient de la vapeur d’eau autour d’autres étoiles plus jeunes que le Soleil. Et pour cela, Alma s’avère être l’instrument idéal. Plus sensible que le télescope James Webb pour ce type d’observations, le radiotélescope chilien devrait permettre de détecter ces bains de vapeur, même s’ils sont peu denses.

Les premières observations, qui représentent déjà 13 % du temps demandé, ont été réalisées. « On attend la suite avec impatience, avant Noël normalement », confie Quentin Kral. En effet, détecter ce phénomène ailleurs permettrait de confirmer que c’est sûrement ainsi que l’eau est arrivée sur Terre, mais également de démontrer que c’est un processus universel avec des implications sur la probabilité de trouver d’autres oasis où la vie aurait pu se développer dans l’univers.