Des roches du Groenland témoignent du processus de formation de la Terre

Vue aérienne de la chaîne d'Isua (sud-ouest du Groenland), prise en août 2010 lors de la mission d'échantillonnage
© Hanika Rizo

Des roches vieilles de 3,4 milliards d'années issues de la chaîne montagneuse d'Isua, au sud-ouest du Groenland, viennent d'apporter des informations précieuses sur la structure de la Terre à ses premiers stades d'évolution. Une équipe franco-danoise menée par des chercheurs du Laboratoire "Magmas et volcans" (CNRS / Université Blaise Pascal / IRD), vient de découvrir, dans ces roches témoins du premier milliard d'années de notre planète, un déficit en Néodyme 142, élément chimique clé dans l'étude de la formation terrestre. Ce déficit étaye l'hypothèse selon laquelle, entre 100 et 200 millions d'années après sa formation, la Terre était constituée d'un océan de magma en fusion qui s'est peu à peu refroidi. Réalisés en collaboration avec le Laboratoire de géologie de Lyon (CNRS / Université Lyon 1 / ENS de Lyon) et l'Université de Copenhague, ces travaux ont été publiés le 1er novembre 2012 dans la revue Nature.

Il y a 4,58 milliards d'années, la Terre se serait formée par accrétion de matériaux du système solaire. La chaleur produite par ce processus d'accrétion, ainsi que par la décomposition d'éléments radioactifs, aurait provoqué la fonte de ces matériaux. Résultat : entre 100 et 200 millions d'années après sa formation, la Terre aurait été constituée d'un océan de magma en fusion au centre duquel se serait concentré un noyau métallique. Peu à peu, cet océan se serait refroidi. La croûte terrestre se serait alors formée, puis, la dérive des continents se serait déclenchée (YH : par miracle, gravitation...?). Cette cristallisation du magma en fusion se serait accompagnée d'une structuration chimique de la Terre : des couches concentriques aux compositions chimiques distinctes se seraient individualisées. Ce sont les traces de ces inhomogénéités primordiales que les chercheurs ont retrouvé dans les roches d'Isua.

Les scientifiques s'intéressaient à un élément chimique clé: l'isotope 142 du Néodyme, issu de la décomposition d'un isotope radioactif aujourd'hui disparu, le Samarium 146. Son abondance est presque identique dans toutes les roches terrestres. Deux seules exceptions sont connues jusqu'à présent: certaines roches du Canada et du Groenland datant d'au moins 3,7 milliards d'années. Celles-ci présentent dans leur composition, des traces des inhomogénéités primordiales constituées au moment de cette cristallisation de l'océan magmatique.

En 2003, deux groupes de chercheurs français avaient observé, pour la première fois, un excès en Néodyme 142 dans des roches de cette même région. Si certaines couches de la Terre primordiale présentaient cet excès, c'est parce que d'autres couches devaient présenter un déficit. Cependant, pendant 9 ans, jusqu'au résultat obtenu aujourd'hui par l'équipe franco-danoise, ces déficits en Néodyme 142 sont restés hypothétiques. Les chercheurs ont analysé très finement, grâce à une méthode sophistiquée, la spectrométrie de masse à thermo-ionisation, la teneur en Néodyme 142 d'échantillons de roche issues d'Isua. Ils ont ainsi découvert un déficit de 10,6 parties par million en Néodyme 142, ce qui conforte la théorie de "l'océan magmatique".

Vue de la chaîne d'Isua (sud-ouest du Groenland), prise en août 2010 lors de la mission d'échantillonnage
© Hanika Rizo

Ces résultats vont permettre d'améliorer les modèles sur la dynamique interne de la Terre à ses premiers stades d'évolution. En effet en découvrant un déficit en Néodyme 142 dans des roches relativement jeunes, formées près d'un milliard d'années après la cristallisation de l'océan magmatique, les chercheurs ont montré que les inhomogénéités primordiales se sont maintenues plus longtemps que prévu, avant d'être résorbées par le mouvement de convection du manteau terrestre. Afin de disposer de données plus globales, les chercheurs comptent à présent étudier la composition d'autres roches d'âge similaire affleurant par exemple au Canada, en Afrique du Sud ou en Chine.

Référence : The elusive Hadean enriched reservoir revealed by 142Nd deficits in Isua Archean rocks. Hanika Rizo, Maud Boyet, Janne Blichert-Toft, Jonathan O'Neil, Minik Rosing, Jean-Louis Paquette, Nature, 1er novembre 2012.

Sources : CNRS - http://www.techno-science.net/

SFH 11-2012