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Quand la recherche fait parler les astéroïdes

by admin
Quand la recherche fait parler les astéroïdes

Le 24 septembre dernier, la mission Osiris-Rex larguait sur Terre les prélèvements réalisés trois ans plus tôt à la surface de l’astéroïde Bennu. Une trentaine de laboratoires à travers le monde, dont plusieurs équipes du CNRS, s’attèlent désormais à l’analyse des précieux échantillons.

Le défi à relever s’annonçait pour le moins complexe. Envoyer une sonde spatiale à la rencontre d’un astéroïde de 500 mètres de diamètre évoluant à 300 millions de kilomètres de notre planète pour l’étudier sous toutes les coutures deux années durant, puis en prélever un échantillon dans le but de le ramener sur Terre afin d’analyser en détail la composition de ce corps céleste. Sept ans après le lancement d’Osiris-Rex par la Nasa, la mission est couronnée de succès, la collecte se révélant bien plus fructueuse que prévu. « Alors que nous espérions récolter 60 grammes de matériaux, ce sont finalement près de 170 grammes d’un mélange de fines particules et de roches pouvant atteindre trois à quatre centimètres de diamètre que la sonde est parvenue à renvoyer vers la Terre », se réjouit Patrick Michel, directeur de recherche CNRS au laboratoire Joseph-Louis Lagrange à Nice et membre de l’équipe scientifique d’Osiris-Rex.

Osiris-Rex se pose sur la surface de l’astéroïde Bennu, vu par l’imageur SamCam.

Une première partie de l’échantillon a pu être récupérée à la périphérie de la capsule protectrice dans les jours ont suivi son retour sur Terre. Une fois les particules d’astéroïde extraites dans une salle blanche du centre spatial Johnson de la Nasa, à Houston (Texas), huit fractions d’une centaine de milligrammes ont été envoyées, début novembre, à autant de laboratoires basés aux États-Unis, au Japon, en Australie et en Europe, qui les ont répartis auprès de nombreuses autres équipes de recherche pour des analyses spécifiques. Pour prévenir toute contamination, les fragments ont été placés dans un cylindre métallique sous atmosphère d’azote avant d’être expédiés à leurs destinataires respectifs.
 

Le 24 septembre 2023, après récupération dans le désert, la capsule est ouverte en salle blanche à l’Utah Test and Training Range du ministère de la Défense américain. Le compartiment contentant les échantillons sera ensuite envoyé au centre spatial Johnson de la Nasa (Texas), avant répartition des échantillons dans des laboratoires de recherche à travers le monde.

L’équipe de Guy Libourel, qui réunit des scientifiques du Centre de recherche pour l’hétéro-épitaxie et ses applications (CRHEA) et du laboratoire Lagrange, compte parmi les heureux élus. La participation de ce groupe de chercheurs à l’étude des échantillons prélevés sur Bennu ne doit rien au hasard. Elle témoigne d’un savoir-faire unique en matière d’analyse par cathodoluminescence.

Révéler les conditions de formation de Bennu

« Au sein du consortium international, nous sommes les seuls à employer cette technique qui consiste à exciter les minéraux d’un grain d’astéroïde à l’aide d’un faisceau d’électrons, explique le professeur de cosmochimie à l’université Côte-d’Azur. En couplant ce procédé à un microscope électronique à balayage, nous sommes capables d’obtenir en quelques minutes des informations très précises sur la structure et la nature chimique des différents minéraux qui composent l’échantillon, ainsi que sur les conditions physico-chimiques dans lesquelles chaque minéral s’est formé. » Sur les 100 mg de poussières d’astéroïde reçus par Guy Libourel, plusieurs dizaines de grains d’un diamètre inférieur au millimètre sont déjà passés au crible de la cathodoluminescence.

Cette première série d’analyses vise entre autres à établir l’inventaire minéralogique des échantillons prélevés à la surface de Bennu. « La coexistence dans un même échantillon de carbonates riches en calcium et d’autres riches en magnésium pourrait par exemple signifier que les fluides hydrothermaux responsables de leur formation ont changé de composition au cours du temps. Cela nous donnerait des informations précieuses sur la dynamique interne de l’objet céleste qui est à l’origine de Bennu », illustre le chercheur.

Désassemblage délicat pour récupérer les particules d’astéroïde récoltées par Osiris-Rex (centre spatial Johnson).

Parallèlement à l’étude des carbonates, un large panel de minéraux tels que les phosphates, les oxydes de fer ou bien encore divers représentants de la famille des silicates dits « hydratés » vont être traqués par Guy Libourel et d’autres scientifiques du consortium avec un même objectif : préciser les conditions de formation de l’astéroïde.

Au Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CRPG), près de Nancy, deux équipes participent à cette quête en se focalisant plus particulièrement sur les constituants chimiques de Bennu. Un premier groupe de trois chercheurs, parmi lesquels figure le géochimiste Bernard Marty, s’intéresse aux isotopes de l’azote et des gaz rares tels que le néon ou le xénon. Pour ces analyses, qui nécessitent de détruire l’intégralité de l’échantillon en le chauffant avec un laser, les scientifiques ont eu le privilège de recevoir courant novembre 2023 quelques milligrammes de poussières de Bennu, acheminés directement depuis le centre spatial Johnson. Leur mission : retracer l’origine de ces fines particules qui reflètent l’environnement dans lequel le Soleil s’est formé il y a un peu moins de 4,6 milliards d’années.

Remonter le temps avec la distribution isotopique

La seconde équipe du CRPG impliquée dans l’étude des fragments de l’astéroïde est aussi composée de trois chercheurs, dont Laurette Piani. Dans le courant du mois de décembre, la cosmochimiste s’est rendue dans les Alpes-Maritimes pour récupérer une fraction de l’échantillon conservé au CRHEA. Les particules dont dispose l’équipe ont été préalablement reconditionnées par celle de Guy Libourel. Elles se présentent sous la forme de sections de grains polis, enchâssés dans une résine dont la surface est finement polie. « Sur chacun de ces échantillons, nous pouvons réaliser des centaines de prélèvements de quelques micromètres de diamètre sur un micromètre de profondeur en les pulvérisant avec le faisceau d’ions très focalisé de la sonde ionique », explique la chargée de recherche au CNRS. L’infime quantité de matière ainsi recueillie va ensuite être transférée dans un spectromètre de masse. La sonde ionique permet de mesurer avec une grande précision la concentration des différents isotopes d’un même élément chimique cible comme l’oxygène, l’hydrogène ou le magnésium. « En déterminant la composition isotopique de chacun de ces éléments chimiques, nous allons pouvoir mettre en évidence certains des processus ayant abouti à la formation des grains qui forment actuellement la surface de Bennu », poursuit la scientifique.
 

Les scientifiques ont récupéré plus d’échantillons que prévu (170 grammes d’un mélange de fines particules et de roches), ici dans l’élément collecteur vu de dessus.

Parmi les centaines de milliers de corps célestes – planètes, astéroïdes, comètes, etc. – évoluant dans le giron de notre Système solaire, Bennu compte parmi les objets les plus primitifs. Les roches qui le constituent témoignent ainsi des événements ayant accompagné l’effondrement de gaz et de poussières dont le Soleil est issu. « Nos analyses visent notamment à déterminer le contexte et la chronologie de la formation des premiers solides dans le disque protoplanétaire qui s’est mis en place autour de notre étoile quelques millions d’années après sa naissance », souligne Laurette Piani.

Le rôle des astéroïdes dans l’apparition de la vie se précise

Les investigations menées par la chercheuse visent aussi à caractériser la nature et la provenance des fluides qui ont circulé à l’intérieur de l’astéroïde une fois celui-ci formé par l’agrégation de poussières issues du disque protoplanétaire. Grâce aux analyses préliminaires effectuées par la Nasa dans les semaines qui ont suivi le retour sur Terre des échantillons, nous avons déjà la certitude que Bennu contient des argiles. Outre l’existence de ces matériaux hydratés, les fragments de l’astéroïde se révèlent également riches en carbone. L’agence spatiale américaine assure par ailleurs y avoir détecté des composés organiques qui pourraient s’apparenter à des acides aminés. La présence simultanée de ces trois composantes vient renforcer l’hypothèse selon laquelle les astéroïdes auraient joué un rôle important dans l’émergence de la vie sur Terre en délivrant les ingrédients nécessaires à son apparition via les impacts survenus la fin de la formation de notre planète.

Carte 3D de la topographie de l’astéroïde Bennu, réalisée à partir de 20 millions de mesures faites par l’altimètre laser d’Osiris-Rex (OLA).

Au-delà de ces découvertes prometteuses, des centaines de chercheurs à travers le monde s’emploient à compiler un maximum d’informations sur la composition chimique et les propriétés physiques des roches collectées à la surface de Bennu. « Tout l’enjeu sera de parvenir à relier ces données collectées à l’échelle microscopique avec celles obtenues au niveau macroscopique, lors du survol de l’astéroïde, pour tenter de savoir quels événements ont abouti à cet amas de roches et de débris à la fois très poreux et peu dense », explique Patrick Michel qui supervisera ce travail au sein de la mission Osiris-Rex. Au cours des prochaines semaines, les 38 laboratoires du consortium ayant déjà eu accès aux échantillons de Bennu vont enchaîner les études scientifiques. Si leurs conclusions demeurent pour l’heure confidentielles, une partie d’entre elles seront toutefois dévoilées lors de la « Lunar and Planetary Science Conference » qui se tiendra à Houston du 11 au 15 mars prochain. Nul doute que des révélations seront au rendez-vous. ♦

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