EAU TERRESTRE (ORIGINE DE L')

L'eau, un composé volatil parmi tant d'autres

Les éléments et leurs composés moléculaires sont plus ou moins volatils. L'azote, l'oxygène, mais aussi le dioxyde de carbone et l'eau sont vaporisés à basse température (< 100 ⁰C), alors que l'alumine, le silicium et leurs oxydes sont extrêmement réfractaires. L'eau a certes des propriétés particulières, mais elle n'échappe pas aux lois de la chimie et sa volatilité doit donc être considérée comme celle d'un des innombrables composés chimiques présents à la surface des planètes ou en leur sein.

La Terre est appauvrie en éléments volatils...

Afin d'estimer la volatilité d'un élément (ou d'un composé) donné, l'échelle des températures T₅₀ est utilisée. T₅₀ est définie comme la température à laquelle la moitié de l'élément présent dans la nébuleuse solaire est condensée. Plus la valeur de T₅₀ est grande, plus l'élément est réfractaire (il se condense à des températures élevées). Inversement, plus cette valeur est petite, plus l'élément est volatil. L'étude du rapport de concentration en potassium sur la teneur en uranium d'un corps (K/U) fournit une mesure relative de l'appauvrissement en éléments volatils par rapport aux éléments réfractaires de ce corps. En effet, K et U ont des comportements très différents : T₅₀(K) = 1 006 K tandis que T₅₀(U) = 1 610K. Le rapport K/U de la Terre est de 10 000 tandis que le rapport K/U initial de la nébuleuse solaire est de 60 000 (ce rapport est connu par des mesures sur la photosphère et sur les chondrites carbonées). La Terre enregistre donc un déficit en potassium de 85 p. 100. Cet appauvrissement concerne également plus de 90 p. 100 de nombreux autres éléments modérément volatils (Zn, Ag, As, Sb, Sn, Pb et S). Ces éléments sont tous plus réfractaires que l'eau : une planète qui manque de la majeure partie de ces éléments ne peut pas avoir conservé une quantité d'eau importante. La Terre devrait être particulièrement pauvre en eau, ce qui n'est manifestement pas le cas.

... mais le processus d'appauvrissement n'est pas une volatilisation tardive

La fin de l'accrétion de la Terre a été marquée par des collisions avec des astéroïdes géants, notamment la collision qui est à l'origine de la Lune. Ces impacts géants ont-ils pu générer le départ des volatils ? Il faut pour cela que les gaz puissent sortir du champ de gravité de la Terre, ce qui nécessite une énergie et une température bien trop élevées : l'azote, un élément très volatil, est toujours présent dans l'atmosphère, il n'est donc pas possible d'imaginer un départ d'éléments modérément volatils si même l'azote ne peut pas s'échapper.

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Écrit par

Francis ALBARÈDE : directeur du laboratoire de géologie de Lyon Terre, planètes, environnement à l'École normale supérieure de Lyon
Marie-Laure PONS : chercheuse au laboratoire de géologie de Lyon Terre, planètes, environnement, géochimie, agrégée préparatrice à l'École normale supérieure de Lyon

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