Des cristaux aux structures inédites découverts dans les poussières du plus grand météore du siècle

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Vue d’artiste d’un superbolide entrant dans l’atmosphère terrestre. | Aliaksandr Marko, Adobe Stock
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Le 15 février 2013, au-dessus des champs enneigés du sud de l’Oural, le superbolide de Tcheliabinsk, le plus grand météore du XXIe siècle, a explosé. Il s’agit d’un phénomène unique par son ampleur, ayant suscité un immense intérêt public, notamment en démontrant le manque de défenses de la Terre face à ce risque. Mais l’histoire ne s’arrête pas là : les poussières laissées sur son passage, matériaux uniques synthétisés dans des conditions qui ne peuvent pas être reproduites en laboratoire, ont été analysées. Une équipe de la NASA y a découvert des cristaux de carbone uniques d’une taille de plusieurs micromètres, jamais observés auparavant. L’équipe suppose que leur formation est due à la rupture du météore, créant les conditions de haute température et de haute pression nécessaires. Cette découverte témoigne du potentiel illimité de la nature pour synthétiser de nouveaux matériaux.

Le météore (ou bolide) de Tcheliabinsk, de 18 mètres de diamètre et pesant 11 000 tonnes métriques, a traversé l’atmosphère terrestre à une vitesse de 18,6 kilomètres par seconde. Lorsqu’un corps spatial pénètre dans l’atmosphère terrestre, sa surface est exposée à de hautes pressions et températures. Le flux d’air arrache des gouttelettes du corps céleste, formant un nuage de poussière de météorites.

Brûlant en raison du frottement avec l’air raréfié de la Terre, la roche spatiale a explosé à 23,3 kilomètres au-dessus de Tcheliabinsk. L’explosion a libéré plus de 30 fois l’énergie de la bombe atomique qui a détruit Hiroshima. À titre de comparaison, le météore impactant le sol qui a déclenché des extinctions massives, y compris celle des dinosaures, mesurait environ 10 kilomètres de diamètre et a libéré environ 1 milliard de fois l’énergie de la bombe atomique d’Hiroshima.

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En règle générale, la poussière météoritique se dissipe dans l’atmosphère sans laisser de traces, ou se mélange au sol terrestre. Mais ce superbolide a fait exception. En effet, l’explosion a déposé des centaines de tonnes de poussières dans la stratosphère, permettant à un satellite de la NASA de faire des mesures sans précédent, notamment sur la façon dont le matériau a formé une ceinture de poussières stratosphériques persistante. Les résultats de l’équipe de chercheurs de l’agence sont publiés dans la revue The European Physical Journal Plus.

Des cristaux inédits sur Terre

Par l’étude de ces poussières de météorites, l’équipe a voulu déterminer si de nouveaux matériaux pouvaient être synthétisés dans les conditions uniques (température et pression) créées par l’explosion du corps spatial en entrant dans l’atmosphère terrestre. Taskaev, Khovaylo et leur équipe ont pu avoir accès à ces poussières, car elles sont tombées sur un sol enneigé — la neige les a préservées.

Dans un premier temps, ils ont observé des microcristaux de carbone de taille micrométrique au microscope optique. Puis, ils ont examiné les mêmes cristaux en utilisant la microscopie électronique à balayage (SEM), et ont découvert qu’ils prenaient une variété de formes inhabituelles : coquilles fermées, quasi sphériques et tiges hexagonales.

Par la suite, une analyse plus approfondie utilisant la spectroscopie Raman et la cristallographie aux rayons X a montré que les cristaux de carbone étaient en fait des formes de graphite de structure inédite sur Terre. Les auteurs estiment que ces structures ont été formées, très probablement, par l’ajout, à plusieurs reprises, de couches de graphène à des noyaux de carbone fermés. Ils ont alors exploré ce processus à travers des simulations de dynamique moléculaire.

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Images des cristaux découverts, prises à l’aide d’un microscope électronique. © Taskaev et al., 2022

Finalement, ils ont trouvé deux « suspects probables » comme noyaux pour la croissance des microcristaux : le fullerène sphérique (ou buckminsterfullerène), C60, et l’hexacyclooctadécane plus complexe (-C18 H12– ). Les auteurs suggèrent dans un communiqué que la classification de ces cristaux pourrait aider à identifier les météorites passées.

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Selon leurs évaluations, la concentration de ces cristaux le long de la trajectoire de chute du superbolide de Tcheliabinsk est comprise entre 10 et 100 pcs/m². Compte tenu de la distribution spatiale de la queue de gaz-poussière au-dessus de l’hémisphère nord de la Terre, de telles particules doivent être tombées en grande quantité en Russie, dans les pays européens et nord-américains, et se trouvent en particulier dans la neige des montagnes de l’Alaska et du Kamtchatka.

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Un modèle informatique montrant un énorme nuage de poussière dans l’atmosphère, résidu de l’explosion du météore de Tcheliabinsk de 2013. © NASA Goddard’s Scientific Visualization Studio

Une défense qui s’organise, après une histoire mouvementée

Cet événement exceptionnel a tout de même fait plus d’un millier de blessés dans l’Oural, mais les dégâts auraient été bien plus importants si le superbolide ne s’était pas fragmenté à plusieurs reprises avant de toucher le sol.

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Effectivement, une étude, publiée en 2014 dans la revue Nature montre que sous la pression de l’air, le météore s’est déformé comme une balle de tennis géante. Très comprimé, il s’est ensuite fragmenté. L’analyse acoustique des vidéos réalisée par les chercheurs révèle 11 fragmentations. Arrivée à 29 km au-dessus du sol, le météore initial s’était déjà fragmenté en une vingtaine de gros rochers pesant environ 10 tonnes chacun. Ce processus s’est poursuivi tout au long de la descente.

De plus, dans l’étude internationale concomitante, publiée dans la revue Science, les auteurs ont estimé que seules 4 à 6 tonnes du météore initial ont survécu à son passage dans l’atmosphère. Environ 75% du météore s’est donc évaporé. L’essentiel de ce qui restait a été transformé en poussières. C’est notamment l’onde de déflagration, survenue environ une minute plus tard, qui a provoqué d’importants dégâts dans la ville.

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Après Tcheliabinsk, la NASA a créé un bureau de coordination de la défense planétaire, récoltant les données du programme d’observation des objets géocroiseurs de l’agence. Le Centre d’études sur les objets proches de la Terre, associé au Réseau international d’alerte aux astéroïdes, répertorie tous les corps célestes en approche. Le centre de la NASA est responsable de la coordination d’une réponse par le gouvernement américain en cas de menace. Néanmoins, jusqu’à présent, aucune menace imminente n’a été détectée.

Source : The European Physical Journal Plus

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