define('DISALLOW_FILE_EDIT', true); define('DISALLOW_FILE_MODS', true);{"id":63,"date":"2009-03-10T14:02:30","date_gmt":"2009-03-10T13:02:30","guid":{"rendered":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/2009\/03\/10\/correction-decrit-blanc-dagregation-svtsv-stu-origine-et-originalites-de-la-planete-terre\/"},"modified":"2012-07-22T14:57:41","modified_gmt":"2012-07-22T13:57:41","slug":"correction-decrit-blanc-dagregation-svtsv-stu-origine-et-originalites-de-la-planete-terre","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/2009\/03\/10\/correction-decrit-blanc-dagregation-svtsv-stu-origine-et-originalites-de-la-planete-terre\/","title":{"rendered":"Correction d’\u00e9crit blanc d’Agregation SVT\/SV-STU : Origine et originalit\u00e9s de la plan\u00e8te Terre"},"content":{"rendered":"

J’ai corrig\u00e9 le 3\u00e8me \u00e9crit blanc de l’ann\u00e9e 2009 de la pr\u00e9pa agreg de l’ENS Lyon. J’ai choisi comme sujet : Origine et originalit\u00e9s de la plan\u00e8te Terre. La correction se trouve ici pour la version PDF<\/a> ou juste apr\u00e8s pour la lire en ligne
\nSi vous utilisez tout ou partie de ce \u00ab\u00a0devoir\u00a0\u00bb veuillez mettre un lien vers la source, donc cette page!<\/big><\/big><\/p>\n

Origine et originalites de la planete Terre<\/strong><\/p>\n

Tristan FERROIR
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Table des mati\u00e8res<\/p>\n

I<\/span> Origine de la plan\u00e8te Terre dans le syst\u00e8me solaire<\/span> ……..\u00a0 \u00a0 3<\/p>\n

A La plan\u00e8te Terre est une plan\u00e8te tellurique ………………………..\u00a0 \u00a0 \u00a0 3<\/p>\n

B Origine des \u00e9l\u00e9ments constituants la plan\u00e8te Terre ……………………\u00a0 \u00a0 \u00a0 4<\/p>\n

C De la formation de la n\u00e9buleuse protosolaire au plan\u00e9t\u00e9simal Terre ……………\u00a0 \u00a0 \u00a0 4<\/p>\n

1\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Les chondrites : les premi\u00e8res pierres du syst\u00e8me solaire ……………..\u00a0 \u00a0 \u00a0 4<\/p>\n

2\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 De la condensation de la n\u00e9buleuse `a la formation des roches du syst\u00e8me solaire . . . .\u00a0 \u00a0 \u00a0 5<\/p>\n

3\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 L\u2019accr\u00e9tion des chondrites en plan\u00e8tes ………………………\u00a0 \u00a0 \u00a0 5<\/p>\n

4\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Importance de la place de la Terre dans le syst\u00e8me solaire sur sa constitution …..\u00a0 \u00a0 \u00a0 7<\/p>\n

5\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Importance de l\u2019environnement stellaire dans la formation de la Terre ………\u00a0 \u00a0 \u00a0 7<\/p>\n

D La diff\u00e9renciation de la Terre en enveloppes concentriques ………………..\u00a0 \u00a0 \u00a0 8<\/p>\n

1\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 La diff\u00e9renciation noyau-manteau …………………………\u00a0 \u00a0 \u00a0 8<\/p>\n

2\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 La diff\u00e9renciation de l\u2019atmosph\u00e8re et de l\u2019hydrosph\u00e8re ………………\u00a0 \u00a0 \u00a0 9<\/p>\n

3\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Quel mod\u00e8le de Terre? ………………………………\u00a0 \u00a0 10<\/p>\n

II<\/span> Les originalit\u00e9s primaires de la plan\u00e8te Terre<\/span> ………….\u00a0 \u00a011<\/p>\n

A La pr\u00e9sence d\u2019eau en surface sous ses trois \u00e9tats ……………………..\u00a0 \u00a0 11<\/p>\n

1\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Les origines de l\u2019eau sur Terre …………………………..\u00a0 \u00a0 11<\/p>\n

2\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Diagramme de phase de l\u2019eau et conditions p,T sur Terre …………….\u00a0 \u00a0 11<\/p>\n

3\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 L\u2019eau sur les autres plan\u00e8tes ……………………………\u00a0 \u00a0 12<\/p>\n

B Un champ magn\u00e9tique intense ………………………………\u00a0 \u00a0 13<\/p>\n

1\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Origine et particularit\u00e9s du champ magn\u00e9tique terrestre ……………..\u00a0 \u00a0 13<\/p>\n

2\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Le champ magn\u00e9tique des autres plan\u00e8tes …………………….\u00a0 \u00a0 13<\/p>\n

C Un satellite, la Lune, stabilisateur de param\u00e8tres orbitaux ………………..\u00a0 \u00a0 13<\/p>\n

1\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 La formation de la Lune ……………………………..\u00a0 \u00a0 14<\/p>\n

2\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 La stabilisation des param\u00e8tres orbitaux de la Terre ……………….\u00a0 \u00a0 14<\/p>\n

3\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 L\u2019extr\u02c6eme fin de l\u2019accr\u00e9tion vue par la Lune ……………………\u00a0 \u00a0 15<\/p>\n

III<\/span> Les originalit\u00e9s secondaires de la plan\u00e8te Terre<\/span> ………..\u00a0 \u00a016<\/p>\n

A La pr\u00e9sence de Vie diversifi\u00e9e en surface …………………………\u00a0 \u00a0 16<\/p>\n

1\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Conditions d\u2019existence de la Vie sur une plan\u00e8te …………………\u00a0 \u00a0 16<\/p>\n

2\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Les arguments g\u00e9ologiques permettant de dater les origines de la Vie ……….\u00a0 \u00a0 17<\/p>\n

3\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Les hypoth\u00e8ses sur l\u2019origine de la Vie sur Terre ………………….\u00a0 \u00a0 17<\/p>\n

4\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Comment passer des mol\u00e9cules pr\u00e9biotiques `a la v\u00e9ritable Vie? ………….\u00a0 \u00a0 18<\/p>\n

5\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 La Vie sur les autres plan\u00e8tes …………………………..\u00a0 \u00a0 18<\/p>\n

B La pr\u00e9sence de dioxyg\u00e8ne et d\u2019une faible quantit\u00e9 de CO2 dans l\u2019atmosph\u00e8re ………\u00a0 \u00a0 19<\/p>\n

1\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 La composition des atmosph\u00e8res plan\u00e8taires ……………………\u00a0 \u00a0 19<\/p>\n

2\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Le pi\u00e8geage du CO2 dans les carbonates et les roches carbon\u00e9es ………….\u00a0 \u00a0 19<\/p>\n

3\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 La formation du dioxyg\u00e8ne ……………………………\u00a0 \u00a0 20<\/p>\n

C Des plaques lithosph\u00e9riques \u00e0 croute partiellement granitique anim\u00e9es d\u2019une tectonique . . . .\u00a0 \u00a0 20<\/p>\n

1\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Quelques arguments en faveur de la tectonique des plaques ……………\u00a0 \u00a0 20<\/p>\n

2\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Tectonique des plaques, convection mantellique et comparaison aux autres plan\u00e8tes . .\u00a0 \u00a0 21<\/p>\n

3\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Une croute granitique sur Terre ………………………….\u00a0 \u00a0 23<\/p>\n

Introduction<\/strong><\/p>\n

La quete des origines a toujours ete au coeur des preoccupations de l\u2019Homme. Par exemple, les civilisations judeo-chretiennes se sont au depart essentiellement basees sur la Bible pour repondre aux differentes questions quant aux origines de la Terre et de la Vie. D\u2019ailleurs, au sein meme du Livre, trois geneses distinctes sont envisagees, ce qui demontre aussi 1\u2019influence des autres civilisations et l\u2019avancee de la recherche dans revolution de la pensee. Notre planete, la Terre, fait partie d\u2019un ensemble plus vaste, le systeme solaire constitue de differents corps. Parmi eux, les planetes sont les objets les plus massifs juste apres l’etoile centrale qu\u2019est le Soleil. Suite aux debats et reunions des astronomes, la definition d\u2019une planete a ete modifiee pour aboutir a la suivante :<\/p>\n

–\u00a0 une planete doit etre un objet spherique<\/p>\n

–\u00a0 une planete doit etre en orbite autour d\u2019une etoile centrale<\/p>\n

–\u00a0 une planete doit etre gravitairement maitre de son orbite, c\u2019est a dire etre le centre de gravite de l\u2019ensemble des corps presents sur cette orbite<\/p>\n

A partir de cette definition, huit corps sont a l\u2019heure actuelle consideres comme etant des planetes dans le systeme solaire.<\/p>\n

\"Enchainement<\/div>\n

Fig. 1: Enchainement des differentes planetes au sein du systeme solaire. Les planetes telluriques, les quatre premieres, sont situees dans la zone interne alors que les planetes geantes gazeuses sont situees dans la zone externe.<\/p>\n

Parmi ces 8 planetes, la planete Terre est situee en 3eme position, a une unite astronomique du Soleil, soit 150 millions de kilometres. Son histoire est liee a l\u2019ensemble de celle du systeme solaire, tant pour son origine que pour sa composition. Comment la Terre s\u2019est-elle formee ? Quelles caracteristiques communes partage-t-elles avec ses voisines ? Malgre une origine commune, sa position particuliere lui a permis d\u2019acquerir certaines originalites. Sa plus grande originalite, dont decoulent quasiment toutes les autres est la presence d\u2019eau sous les trois etats de la matiere en surface. Comment expliquer cette originalite? Quelles sont les originalites qui s\u2019en suivent ? Quelles autres originalites presentent-elles ? Par ailleurs, la presence de Vie sur Terre est aussi une interrogation pour les scientifiques : c\u2019est a partir des differentes origines de cette Vie et des originalites de la planete Terre que sont recherches d\u2019autres mondes habitables\/habites. II semble ainsi necessaire de s\u2019interroger sur l\u2019origine de la planete Terre. Connaissant cette origine, nous nous attacherons a identifier les originalites qui proviennent de ces origines et nous verrons en quoi elles ont pu permettre 1’apparition de la Vie. Fort de toutes ces reflexions, nous concluerons quant a la potentielle existence de Vie ailleurs dans le systeme solaire et dans l\u2019Univers.<\/p>\n

<\/p>\n

I Origine de la planete Terre dans le systeme solaire<\/span><\/strong><\/p>\n

A La planete Terre est une planete tellurique<\/p>\n

Parmi les differents objets du systeme solaire, on peut noter trois types de corps principaux dont nous donnons les caracteristiques ci-apres. II s\u2019agit des planetes telluriques, des planetes gazeuses et des satellites de glace. Connaitre leurs caracteristiques respectives semble indispensable afin de pouvoir montrer les differentes originalites de la Terre.<\/p>\n

\"Les<\/div>\n

Objet tellurique\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Objet jovien\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Objet ganymedien<\/p>\n

Fig. 2: Les differents gros objets differencies constituant le systeme solaire<\/p>\n

La Terre fait partie des planetes telluriques au meme titre que Mercure, Venus et Mars. La structure interne de la Terre a ete obtenue essentiellement par les differents travaux de sismologie menes entre autres par Mohorovicic (limite croute-manteau), Gutemberg (limite manteau-noyau) et Lehman (limite noyau externe-graine). La composition des differentes enveloppes ainsi definies peut
\n etre obtenue par echantillonage dans le cas des croutes qui sont granito-gneissique pour la croute continentale ou basaltique pour la croute oceanique. Le manteau est compose de peridotite (roche a olivines et pyroxenes) qu\u2019on peut trouver a l\u2019ameurement en enclaves dans des roches volcaniques (basaltes). Enfin, la composition du noyau terrestre, a pu etre deduite d\u2019une part de l\u2019existence de materiaux denses en profondeur comme en temoigne un moment d\u2019inertie plus faible que celui d\u2019un corps homogene (0,33 contre 0,4) ainsi qu\u2019une densite de surface des roches d\u2019environ 3 alors que la densite moyenne de la Terre est de 5,5. Tout ceci a conduit a supposer l\u2019existence d\u2019un noyau dense dont la nature a ete suggeree par Birch comme etant ferreuse. Cette reflexion est basee sur le relation entre vitesse des ondes sismiques dans le noyau et masse molaire des materiaux : le fer semblait le meilleur candidat. Nous verrons par ailleurs que l\u2019existence d\u2019un champ magnetique est un argument supplementaire dans cette proposition.<\/p>\n

\u0412 Origine des elements constituants la planete Terre<\/strong><\/p>\n

L\u2019histoire de l\u2019Univers commence avec le Big Bang il \u0443 a environ 13,5Ga. A la suite de cette explosion gigantesque, les premieres particules elementaires puis les premiers elements (H, He) apparaissent. La formation des elements plus lourds que ces derniers est liee a la formation des etoiles. Ainsi, le carbone, l\u2019azote, l\u2019oxygene, tous les elements jusqu\u2019au fer sont formes par la nucleosynthese stellaire le long de la sequence principale (H -^He avec des intermediaries de C, N, O) puis au cours de la phase geante rouge (atome du carbone au fer). Tous les elements avec des numeros atomiques superieurs au 56<\/sup>Fe <\/em>sont produits par l\u2019explosion d\u2019etoiles massives que sont les supernovae.<\/p>\n

La Terre, en tant qu\u2019entite constituee de l\u2019ensemble des elements presents dans la classification de Mendeleiev, a recu sa matiere des systemes stellaires precedents : le systeme solaire est done un systeme de deuxieme generation au moins.<\/p>\n

\u0421 De la formation de la nebuleuse protosolaire au planetesimal Terre
\n<\/strong><\/p>\n

1 Les chondrites : les premieres pierres du systeme solaire<\/p>\n

Les chondrites sont des meteorites indifferenciees constituees des elements suivants :<\/p>\n

\"Caracteristiques<\/div>\n

Fig. 3: Caracteristiques des chondrites<\/p>\n

–\u00a0 Les chondres, composes d\u2019olivine et de pyroxene, sont des structures rondes, de taille comprise entre 100 um et 1mm temoignant d\u2019une fusion puis d\u2019une cristallisation en apesanteur et done en l\u2019absence de gros corps exergant une gravite intense<\/p>\n

–\u00a0 La matrice cimente tout ces chondres les uns aux autres et est aussi composee d\u2019olivine et de pyroxene dans le cas des chondrites ordinaires ou de silicates hydrates et d\u2019un peu de matiere carbonee dans le cas des chondrites carbonees<\/p>\n

–\u00a0 Les CAI (inclusions refractaires constituees de mineraux contenant du calcium et de l\u2019aluminium comme les feldspaths et le corindon) mais qui ne sont presents que dans certaines chondrites carbonees<\/p>\n

–\u00a0 Du fer pur sous forme metallique qui n\u2019est present que dans les chondrites orinaires dans une proportion d\u2019environ 30%<\/p>\n

Le Soleil represente plus de 99% de la masse du systeme solaire. Or, si on compare la chimie de la photosphere solaire obtenue par spectrometrie et la composition moyenne des chondrites de type CI, on constate que la chimie des chondrites et celle du soleil sont tres proches. Bien sur, il \u0443 a une difference importante en ce qui concerne les elements volatile (~ceux qui passent facilement sous forme gazeuse du fait de la nature memeu Soleil). Cela veut donc dire que les chondrites repr\u00e9sentent bien la chimie moyenne des corps rocheux du syst\u00e8me solaire \u00e0 partir desquels les plan\u00e8tes ont pu se former.<\/p>\n

\"Abondance<\/div>\n

Fig. 4: Abondance relative normalisee au Si des chondrites et de la photosphere solaire<\/p>\n

2\u00a0 \u00a0 \u00a0De la condensation de la nebuleuse a la formation des roches du systeme solaire<\/p>\n

Nous avons vu que les chondrites representent globalement la chimie du systeme solaire. L\u2019observation de systemes stellaires lointains comme la nebuleuse d\u2019Orion montre que le systeme se forme a partir d\u2019un nuage moleculaire. Ce dernier se condense et lorsque le couple pression\/temperature au centre du nuage est suffisant l’etoile s\u2019allume : on passe d\u2019une nebuleuse obscure a une nebuleuse claire. Tout autour, differents mineraux se condensent en fonction de leur temperature de condensation propre d\u2019une part et de la temperature qui regne dans le milieu d\u2019autre part. La sequence theorique est presentee sur la figure 5. On obtient ainsi differents mineraux. Cette sequence theorique est par ailleurs confirmee par les observations faites dans les chondrites : les CAIs qui sont des inclusions refractaires et qui ont done une temperature theorique de condensation plus elevee, ont des ages plus anciens que ceux des chondres qui sont des silicates. L\u2019ensemble de ces meteorites permet de verifier le couple observation-theorie realise sur des systemes stellaires lointains mais aussi de dater la formation du systeme solaire a 4,567Ga (methode Plomb-Plomb). Les differents mineraux ainsi condenses vont, par des mecanismes encore mal contraints, se rassembler en chondrites.<\/p>\n

\"Sequence<\/div>\n

Fig. 5: Sequence de condensation theorique des differents mineraux<\/p>\n

3\u00a0 \u00a0 \u00a0L\u2019accretion des chondrites en planetes<\/p>\n

Nous avons vu que les chondrites carbonees ont la composition globale du Soleil. Cependant, en calculant la composition moyenne de la Terre globale et en la comparant aux chondrites ordinaires, on constate une formidable correspondance. Si cela pose probleme sur le type de chondrite a choisir pour former la Terre, cela ne change pas la proposition generale.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
<\/td>\nChondrite ordinaire<\/td>\nMoyenne de la Terre<\/td>\nCroute continentale<\/td>\nCroute oceanique<\/td>\nManteau<\/td>\nNoyau<\/td>\n<\/tr>\n
Si02<\/td>\n36<\/td>\n35-40<\/td>\n60<\/td>\n47<\/td>\n44<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n
Fe + FeS<\/td>\n21<\/td>\n20-25<\/td>\n0<\/td>\n0<\/td>\n0<\/td>\n>80<\/td>\n<\/tr>\n
FeO<\/td>\n10<\/td>\n7-10<\/td>\n4<\/td>\n11<\/td>\n10<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n
MgO<\/td>\n24<\/td>\n20-25<\/td>\n3<\/td>\n12<\/td>\n36<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n
A1203<\/td>\n2<\/td>\n2-3<\/td>\n15<\/td>\n14<\/td>\n4<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n
CaO<\/td>\n2,5<\/td>\n2-3<\/td>\n5<\/td>\n9<\/td>\n3<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n
Na20+K20<\/td>\n1<\/td>\n1<\/td>\n6<\/td>\n2,5<\/td>\n1<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Tab. 1: Comparaison de la composition des chondrites CI et de la Terre globale<\/p>\n

On peut done mettre en avant l\u2019hypothese d\u2019une accretion dite homogene : les petits corps chondritiques se seraient aggreges a la faveur de choc se produisant sur leurs orbites et qui auraient permis la formation de corps de plus en plus gros. Ce modele impose ensuite de proposer un scenario de differentiation ainsi que des sources d\u2019energie permettant cette separation en differentes enveloppes concentriques.<\/p>\n

\"Les<\/div>\n

Fig. 6: Les deux modeles d\u2019accretion permettant de former la planete Terre a partir des meteorites<\/p>\n

Un deuxieme modele qui est base sur l\u2019existence d\u2019achondrites pierreuses de nature proche de celle du manteau terrestre et d\u2019achondrites ferreuses de petrologie proche de celle du noyau proposait une accretion heterogene. Dans ce scenario les siderites formant le noyau se seraient accretees puis les achondrites formant le manteau. Cette hypothese beaucoup plus improbable a ete abandonnee pour les planetes telluriques. II reste cependant d\u2019actualite pour les planetes gazeuses.<\/p>\n

L\u2019age de la Terre a longtemps fait debat et plusieurs methodes distinctes ont ete employees arm de le determiner. En 1953 Clair Patterson montre a partir de la methode uranium\/plomb que la Terre et les meteorites se sont formees au meme moment a partir d\u2019un reservoir identique il \u0443 a 4 55 milliards d\u2019annees .<\/p>\n

4 Importance de la place de la Terre dans le syst\u00e8me solaire sur sa constitution<\/p>\n

En tant que troisi\u00e8me plan\u00e8te du syst\u00e8me solaire, la Terre se situe dans la zone interne. Lorsqu\u2019on observe la r\u00e9partition des corps au sein du syst\u00e8me solaire, on constate que le syst\u00e8me solaire interne est constitu\u00e9 des plan\u00e8tes telluriques alors
\n que le syst\u00e8me solaire externe est form\u00e9e des plan\u00e8tes g\u00e9antes gazeuses et des satellites de glace. Il semble donc y avoir une dichotomie compositionnelle entre ces deux parties. L\u2019explication tient \u00e0 la temp\u00e9rature qui r\u00e8gnait aux alentours du Soleil au moment de son allumage. Etant donn\u00e9 la s\u00e9quence de condensation que nous avons mise en avant, le syst\u00e8me solaire interne, plus chaud, n\u2019a pu condenser que des parties rocheuses et liquides. Vers l\u2019ext\u00e9rieur, aussi bien les roches que les glaces ont pu se condenser. On peut donc ainsi cr\u00e9er des plan\u00e8tes telluriques vers le centre du syst\u00e8me solaire et des satellite de glaces et des com\u00e8tes vers l\u2019ext\u00e9rieur. Les plan\u00e8tes g\u00e9antes sont quant \u00e0 elle pour partie le fruit de la dynamique du Soleil au moment de son allumage. Au cours de cette phase, appel\u00e9e T-Tauri, de violents vents solaires peuvent balayer l\u2019ensemble du syst\u00e8me solaire en partant de l\u2019\u00e9toile centrale. Ces vents ont en partie emport\u00e9 les gaz pr\u00e9sent dans le syst\u00e8me solaire interne vers le syst\u00e8me solaire externe. La pr\u00e9sence de glace fait que cela augmente la mati\u00e8re disponible pour la formation des plan\u00e8tes par 3 ou 4 et donc augmente la taille potentielle. La gravitation est donc d\u2019autant plus importante et permet donc de retenir plus facilement les gaz. Ainsi, la position de la Terre dans le syst\u00e8me solaire est donc un point cl\u00e9 de sa constitution et de ses originalit\u00e9s comme nous le verrons plus tard.<\/p>\n

\"rofil<\/div>\n

Fig. 7: Profil de temperature dans la nebuleuse protosolaire en lien avec la constitution des planetes<\/p>\n

5 Importance de I\u2019environnement stellaire dans la formation de la Terre<\/p>\n

Nous avons signale que le systeme solaire etait ne de l\u2019effondrement gravitaire d\u2019une nebuleuse. Le de-clencheur de cette naissance pourrait etre l\u2019explosion d\u2019une supernova qui, par propagation de l\u2019onde de choc, aurait entraine l\u2019effondrement du nuage moleculaire. Cette theorie est mise en avant suite aux observations d\u2019anomalies isotopiques au sein des chondrites. On trouve en effet une trop grande concentration de 26<\/sup>Mg . <\/em>Cet isotope est produit par la desintegration radioactive a courte periode de V26<\/sup>Al <\/em>dont la periode de demie-vie est de 0.73Ma et qui n\u2019est produit que dans les supernoave. Cela signifie done qu\u2019au moment de la formation des chondrites, il existait encore du 26<\/sup>Al <\/em>et done qu\u2019une supernova avait explose il \u0443 a moins de 7Ma. Un raisonnement similaire peut etre fait pour les anomalies des isotopes de l\u2019oxygene presentes dans les CAIs qui temoignent de la presence d\u2019au moins une geante rouge aux alentours. Ainsi, lors de sa formation, le systeme solaire et la Terre avait un environnement complexe qui ont fortement influence leur mise en place.<\/p>\n\n\n\n
Une hypothese alternative des anomalies isotopiques en oxygene : le self-shielding<\/strong>Pour expliquer les anomalies isotopiques en oxygene dans les chondrites, un nouveau modele a ete propose. Ce modele propose que la molecule de CO tres abondante dans le systeme solaire aurait pu etre photodissociee par le jeune Soleil. Or, le CO, CO <\/em>et le CO <\/em>sont photodissocies pour des longueurs d\u2019onde differentes. Comme il \u0443 a beaucoup de CO <\/em>puisque l\u2019atome d \u041e <\/em>est le plus abondant, les rayons ayant la longueur d\u2019onde requise sont vite absorbes : il n\u2019est possible d\u2019integrer du 16<\/sup>0 que dans les mineraux proche du Soleil. A l\u2019oppose, il \u0443 a peu de \u041e : <\/em>le rayonnement qui peut photodissocier le \u041e <\/em>se propage plus loin : le \u041e <\/em>pourrait etre integre dans les mineraux sur une plus grande distance a partir du Soleil. On peut ainsi creer des mineraux avec des rapports isotopiques en oxygene distincts.<\/p>\n
\"Modele<\/div>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n


\n<\/strong>D La differentiation de la Terre en enveloppes concentriques 1 La differenciation noyau-manteau<\/p>\n

Nous avons rappele que le noyau etait constitue de fer et le manteau de silicate de type olivine et pyroxene. Ainsi, la composition mineralogique meme de la Terre manteau+noyau est tres proche de celle des chondrites ordinaires. II est done envisageable qu\u2019une fois la proto-Terre accretee sous forme d\u2019un corps chondritique, elle se soit differenciee en enveloppes concentriques. Pour avoir une differenciation entre le noyau et le manteau, il faut une fusion importante permettant la separation de la phase ferreuse de la phase silicatee. Cette fusion va conduire a la formation de deux liquides immiscibles, l\u2019un constitue de fer et qui contiendra aussi tous les elements siderophiles et un liquide silicatee contenant quant a lui les elements lithophiles. Par le simple fait d\u2019une difference de densite, le liquide ferreux, plus dense, va se retrouver au centre de la planete tandis que le liquide plus leger, silicate, va se retrouver en peripherie. On forme ainsi le noyau et le manteau terrestre. L’energie permettant la fusion de la proto-Terre a deux origines : d\u2019une part la chaleur d\u2019accretion provenant des chocs entre les planetesimaux qui ont forme la proto-Terre et, d\u2019autre part, la radioactivite qui etait plus active car il \u0443 avait plus d\u2019elements radioactifs a cette epoque que ce soient les radioactivites a longue periode (U\/Pb par exemple) ou l\u2019existence de radioactivite a courte periode comme (26<\/sup>Al <\/em>\u2014> 26<\/sup>Mg <\/em>)<\/p>\n

\"Sch\u00e9ma<\/div>\n

Fig. 8: Sch\u00e9ma de la diff\u00e9renciation entre le noyau et le manteau : une Terre compl\u00e8tement fondue s\u00e9gr\u00e8ge deux liquides immiscibles dont le plus dense migre vers le centre de la plan\u00e8te<\/p>\n

Comment approcher le moment auquel s\u2019est faite cette diff\u00e9renciation ? Les mesures isotopiques faites sur les couples U\/Pb (238<\/sup>U \u2192206<\/sup> Pb et 234<\/sup>U \u2192208<\/sup> Pb ) montrent que le noyau s\u2019est form\u00e9 tr\u00e8s t\u02c6ot dans l\u2019histoire de la Terre, au moins durant les 300 premiers millions d\u2019ann\u00e9es. Il semble donc judicieux, pour obtenir un age plus pr\u00e9cis d\u2019utiliser un couple d\u2019isotope radioactif qui a d\u2019une part une p\u00e9riode radioactive adapt\u00e9e (10.T1\/2<\/sub> < 300Ma) et, d\u2019autre part, un comportement permettant de dater une s\u00e9paration entre une phase metallique et une phase silicatee. Dans ce cadre, le couple 182<\/sup>Hf<\/em> \u2192 <\/em>182<\/sup> W <\/em>semble particulierement adapte : la periode radioactive de ce couple est de 9Ma (si cette periode est bien inferieure a celle requise, l\u2019absence de noyau dans la Lune et son existence des 4,4Ga montrent que le noyau a du se former en realite durant les 100 premiers millions d\u2019annee [cf. C]) et l’element Hafnium (Hf) est lithophile alors que le Tungstene (W) est siderophile. Ainsi deux scenarios sont envisageables :
\n–\u00a0 si la differenciation est precoce, il restera beaucoup de 182<\/sup>Hf <\/em>dans le manteau puisque seul le 182<\/sup>W <\/em>sera emporte dans le noyau. Apres la desintegration complete du 182<\/sup>Hf, <\/em>il \u0443 aura alors un rapport 182<\/sup>W\/<\/em>184<\/sup>W<\/em> elev\u00e9 dans les roches mantelliques (fig. 9, schema du haut)
\n–\u00a0 si la differenciation est tardive, alors le 182<\/sup>Hf <\/em>se sera beaucoup desintegre et il en restera done peu dans le manteau au moment de la separation noyau-manteau. Apres la desintegration complete de la faible quantite de Hf <\/em>restante, le rapport\u00a0 182<\/sup>W\/<\/em>184<\/sup>W<\/em> des roches mantelliques sera faible (fig. 9, schema du bas).<\/p>\n

\"Principe<\/div>\n

Fig. 9: Principe de la datation de la formation du noyau par le couple 182<\/sup>Hf\/182<\/sup>W<\/p>\n

En pratique, les mesures isotopiques montrent que le rapport est eleve et traduit une differenciation qui date d\u2019environ 60Ma apres la formation de la Terre.<\/p>\n

2 La differenciation de I\u2019atmosphere et de I\u2019hydrosphere<\/p>\n

\"Les<\/div>\n

Fig. 10: Les principales etapes de la differenciation de I’atmosphere par degazage puis de l\u2019ocean par condensation d\u2019une partie de I’atmosphere.<\/p>\n

L\u2019atmosphere terrestre s\u2019est formee essentiellement par degazage du manteau. Cependant, l\u2019impact geant qui forma la Lune a aussi jouer un role au debut de l\u2019histoire
\n de la Terre en vaporisant line partie des silicates formant ainsi line atmosphere faite de CO2, de vapeur d\u2019eau et de vapeur silicatee. Apres une diminution rapide de la quantite des vapeurs de silicates presentes dans 1’atmosphere celle-ci etait extremement tenue (p~400bars soit 400 fois la pression atmospherique actuelle) et composee majoritairement de CO2 <\/em>et d\u2019H2<\/sub>0. <\/em>Les oceans ont ensuite precipite rapidement (en quelques milliers d\u2019annees) comme en temoignent certains zircons dates de 4,4Ga qui semblent avoir interagi avec de l\u2019eau oceanique. Ces oceans etait encore tres chauds (~70\u00b0C comme le montre le fractionnement des isotopes du silicium dans les silex) et certainement plus sales etant donnee la grande quantite d\u2019HCl rejetee par les eruptions volcaniques et la quantite de Na disponible par alteration des feldspaths basaltiques. Pour information, des inclusions fluides dans des roches datees de l\u2019archeen montrent que la concentration en NaCl des oceans devait etre trois fois superieure a la salinite actuelle.<\/p>\n

\"rincipe<\/div>\n

Fig. 11: Principe de datation de la formation de l\u2019atmosphere terrestre<\/p>\n

Avant d\u2019ancrer tout ceci dans une chronologie absolue, la premiere methode a ete de faire des modeles de refroidissement de la Terre; c\u2019est ce qui a permis de reconstituer en partie la sequence present\u00e9e au schema 10. Un autre moyen a ete de dater la formation de \u0413 atmosphere terrestre grace au couple A0<\/sup>K -+A0<\/sup> Ar <\/em>qui a un temps de demi-vie de 1.7Ga. Le potassium (K) est lithophile alors que l\u2019argon (Ar) est atmophile. En ceci, ce couple isotopique est un bon choix pour etudier la separation manteau-atmosphere. Les resultats de ces etudes montrent que 1\u2019atmosphere s\u2019est formee tres tot dans l\u2019histoire de la Terre durant les 100 premiers millions d\u2019annees.<\/p>\n

3 Quel modele de Terre ?<\/p>\n

Nous avons deja effleure ce probleme lorsque nous avons compare la composition chimique de la Terre a celle des chondrites. En effet, la composition du Soleil semble tres proche de celle des chondrites carbonees de type CI. Pourtant, lorsqu\u2019on compare la composition chimique de la Terre avec celle des chondrites ordinaires celles-ci sont en bien meilleur accord. Par ailleurs, d\u2019autres arguments tendent a rapprocher la Terre des chondrites a enstatite. Nous proposons dans le tableau ci-apres les points en faveur ou en defaveur de tel ou tel modele. A l\u2019heure actuelle, le modele propose en fait que la Terre soit un melange de ces chondrites.<\/p>\n

La Terre s\u2019est done formee par accretion de planetesimaux de composition globalement chondritique. De fagon contemporaine a cette accretion, s\u2019est produite la differenciation de la planete permettant la formation d\u2019une dualite manteau-noyau et hydrosphere-atmosphere. Cette origine est finalement sans originalite veritable puisque la Terre partage l\u2019ensemble de ses mecanismes de formation et de differenciation avec les autres planetes telluriques et les satellites de glace. Les planetes geantes ont quant a elle une accretion plus poche de l\u2019accretion heterogene. Cependant, la place meme de la Terre dans le systeme solaire a conditionne son devenir futur et l\u2019apparition de certaines originalites par rapport a ses \u201csemblables\u201d<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n
Type de chondrite<\/td>\nPoints positifs<\/td>\nPoints negatifs<\/td>\n<\/tr>\n
<\/td>\n<\/tr>\n
Chondrites carbonees<\/td>\n\u2013 Composition chimique proche du Soleil et donc du syst\u00e8me solaire en g\u00e9n\u00e9ral<\/p>\n

\u2013 Position dans le diagramme des isotopes de l\u2019oxyg\u00e8ne<\/td>\n

\u2014<\/sup> Probleme sur la quantite de fer reduit (quasiment inex-istant alors qu\u2019il en faut 30% pour former le noyau. La reduction du fer oxyde par le carbone present [^10% de la meteorite] ne permet pas de resoudre le probleme<\/td>\n<\/tr>\n
Chondrites ordinaires<\/td>\n\u2013 Composition chimique de la Terre globale<\/p>\n

\u2013 Quantit\u00e9 de fer suffisante pour former<\/p>\n

un noyau<\/td>\n

\u2013 A une composition chimique diff\u00e9rente de celle du Soleil \u2013 N\u2019est pas en bonne position sur la droite des isotopes de l\u2019oxyg\u00e8ne<\/td>\n<\/tr>\n
Chondrites a enstatite<\/td>\n\u2013 Position dans le diagramme des isotopes de l\u2019oxyg\u00e8ne compatible avec un r\u00e9servoir parent avec celui de la Terre<\/td>\n\u2014<\/sup> Compostion differente de celle de la Terre et du sys-teme solaire<\/p>\n

\u2014<\/sup> Meteorites trop reduites<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Tab. 2: Les differents arguments quant au modele de Terre<\/p>\n

II Les originalites primaires de la planete Terre<\/span><\/strong><\/p>\n

A La presence d\u2019eau en surface sous ses trois etats<\/p>\n

1\u00a0 \u00a0 \u00a0Les origines de I\u2019eau sur Terre<\/p>\n

L\u2019origine de l\u2019eau sur Terre est sujette a debat. Quatre hypotheses sont envisagees :<\/p>\n

–\u00a0 La premiere origine est une eau provenant des meteorites de type chondrite carbonee. En effet, la plupart d\u2019entre elles contiennent de l\u2019eau et surtout des mineraux hydrates (serpentines, argiles) qui en etant chauffes peuvent relaguer de l\u2019eau.<\/p>\n

–\u00a0 La deuxieme origine proposee est une eau provenant des cometes. Ces objets sont en effet un melange de roches et de glaces dont la glace d\u2019eau. Elles auraient done pu aussi contribuer au transport de l\u2019eau sur Terre.<\/p>\n

–\u00a0 La troisieme hypothese est la theorie du degazage que nous avons presente en 2.<\/p>\n

–\u00a0 La quatrieme hypothese, beaucoup plus discutee et discutable est l\u2019apport par des micrometeorites qui sont certes tres petites mais qui tombent en grande quantite sur Terre.<\/p>\n

L\u2019hypothese la plus favorisee a l\u2019heure actuelle est celle des meteorites. Quand on parle ici de meteorites, ce sont plus des objets de tailles asteroidales (10 a 40% de la masse terrestre) qui faisaient partie d\u2019em-bryons planetaires situes au niveau de la ceinture d\u2019asteroi’des. Cette hypothese est basee d\u2019une part sur des simulations numeriques de formation du systeme solaire et d\u2019autre part sur des arguments geochimiques, notamment le rapport D\/H. Dans le cas des chondrites carbonees (et done de la ceinture d\u2019asteroide), ce rapport est tres voisin de celui de la Terre (^ = 150.10-6<\/sup>) alors que celui des cometes est deux fois plus eleve. Ainsi, l\u2019origine probable de l\u2019eau sur Terre est meteoritique ou un degazage du manteau, la Terre resultant de l\u2019accretion de chondrites, il est difficile de discriminer les deux.<\/p>\n

2\u00a0 \u00a0 \u00a0Diagramme de phase de l\u2019eau et conditions p,T sur Terre<\/p>\n

L\u2019eau est presente sous ses 3 etats a la surface de la Terre :<\/p>\n

–\u00a0 solide sous la forme de la cryosphere materialisee par les glaciers, les calottes et les inlandsis<\/p>\n

–\u00a0 liquide sous la forme des oceans, des riveres et des nappes phreatiques<\/p>\n

–\u00a0 gazeuse, en faible quantite dans 1’atmosphere<\/p>\n

Une comparaison avec les autres planetes telluriques montre que ces dernieres ne presentent pas cette originalite. En regardant le diagramme de phase de l\u2019eau on constate que deux points sont importants dans l\u2019existence de l\u2019eau sous ses 3 formes : la pression et la temperature. Nous allons tenter d\u2019expliquer quelle est l\u2019origine des differences entre les couples p,T des differentes planetes fondant l\u2019originalite \u201caquatique\u201d de la Terre.<\/p>\n

\"Le<\/div>\n

Fig. <\/strong>12: Le diagramme de phase de l\u2019eau avec les differentes conditions pression-temperature regnant sur les planetes telluriques<\/p>\n

1. La temperature depend en partie de la distance au Soleil. Ainsi, Mercure qui est la premiere planete du systeme solaire a une temperature de surface trop elevee pour avoir la possibilite d\u2019avoir de l\u2019eau liquide. Dans le cas de Venus, l’enorme effet de serre du a la presence d\u2019une atmosphere tenue augmente drastiquement la temperature de surface, ce qui pose le meme probleme que sur Mercure. La distance entre la Terre et le Soleil, combinee a l\u2019effet de serre relativement modere fait que la Terre a une temperature autorisant la presence d\u2019eau liquide.<\/p>\n

2. Le deuxieme parametre qui joue un role important est la pression. On peut s\u2019en rendre compte en comparant la Terre et Mars. Si les gammes de temperature realisees sur les deux planetes sont assez voisines, la pression atmospherique martienne est tres faible. Ceci engendre une impossibilite pour Mars d\u2019avoir de l\u2019eau liquide a sa surface contrairement a la Terre. Nous expliquerons plus en detail la faible pression atmospherique terrestre comparee a celle de Venus au paragraphe \u0412 et martienne ci-apres.
\nAinsi, c\u2019est le couple pression temperature qui joue fortement sur l\u2019etat physique de l\u2019eau en surface et on ne peut resumer uniquement la presence d\u2019eau au parametre p ou au parametre T. Ainsi, meme avec une temperature plus moderee, l\u2019eau liquide ne pourrait exister sur Venus etant donne sa trop forte pression atmospherique.<\/p>\n

Ceci nous amene done a nous poser la question de savoir ce qui gouverne la pression atmospherique et done la presence d\u2019une atmosphere. II s\u2019agit en fait d\u2019une simple question de taille de la planete. Plus la planete est grosse,
\n plus elle est massive et plus sa gravite est importante. Ainsi, elle peut retenir plus facilement les gaz. En l\u2019occurrence, Mars est trop petit pour avoir retenu une atmosphere importante et celle-ci a done fui. C\u2019est aussi le cas de Mercure qui est en plus soumis au \u201csoufflage\u201d constant en provenance du Soleil. A contrario, Venus et la Terre ont une taille assez importante pour avoir retenu une atmosphere. Par ailleurs, la temperature a aussi un role important puisque plus la temperature est elevee, plus l\u2019agitation moleculaire est forte et done plus les molecules ont une vitesse importante leur permettant de s\u2019echapper de l\u2019attraction gravitationnelle de la planete. Dans tous les cas, Patmosphere, par le mecanisme de l\u2019effet de serre, a tendance a augmenter de fagon plus ou moins importante la temperature de la planete. Ainsi, Patmosphere importante de Venus (90 bars) fait passer la temperature d\u2019equilibre de la planete (c\u2019est a dire la temperature ne tenant compte que de la distance au Soleil sans Pinfluence de Patmosphere) de -20\u00b0C a +477\u00b0C alors que Patmosphere moins dense (1 bar) de la Terre n\u2019augmente la temperature d\u2019equilibre que de -20\u00b0C a +20\u00b0C.<\/p>\n

3 L\u2019eau sur les autres planetes<\/p>\n

Nous avons done vu que les conditions de pression et de temperature gouvernent fortement l\u2019etat de l\u2019eau a la surface des planetes. Cependant, etant donne le mode de formation commun entre toutes les planetes telluriques, il semble pertinent de se demander ou est passe l\u2019eau des autres planetes telluriques. Pour Mars, nous avons deja partiellement repondu a la question; les conditions p,T font que l\u2019eau en surface est soit sous forme solide, ce qu\u2019on observe au niveau des calottes polaires, soit sous forme gazeuse. Dans le cas de la forme gazeuse, nous avons precise au paragraphe precedent que la plupart des molecules s\u2019echappait de Patmosphere martienne, l\u2019eau en fait partie. Par contre, il faut envisager qu\u2019en profondeur, la pression soit suffisante pour qu\u2019il \u0443 ait de l\u2019eau sous forme liquide telle que des nappes. Enfin, dans un passe lointain, Mars semble avoir eu de l\u2019eau comme en temoigne l\u2019existence de certains mineraux hydrates ou evaporitiques (gypse), de structures sedimentaires particulieres (stratification entrecroisee par exemple) et des arguments morphologiques comme Valles Marineris.<\/em><\/p>\n

Le cas de Mercure est analogue a celui de Mars. La presence d\u2019eau est extremement reduite et se trouverait dans l\u2019ombre des crateres qui ne verrait jamais le Soleil et ou la temperature serait assez basse pour atteindre la condensation de l\u2019eau en glace.<\/p>\n

Enfin, pour Venus, on devrait avoir une quantite phenomenale d\u2019eau presente dans l\u2019atmosphere. Or ce n\u2019est pas le cas. Cela veut done dire que cette eau est partie et pourtant la planete est assez massive pour la retenir dans son champ de gravite. L\u2019hypothese mise en avant est la possibilite d\u2019oxydation de la surface Venusienne par l\u2019eau puis la perte du H2 <\/em>resultant par photodissociation et echappement.<\/p>\n

On peut rappeler aussi que certains des objets ganymediens presentent de l\u2019eau sous ses trois etats mais avec de l\u2019eau liquide en profondeur comme nous l\u2019avions souligne au A.<\/p>\n

\u0412 Un champ magnetique intense<\/strong><\/p>\n

1 Origine et particularites du champ magnetique terrestre<\/strong><\/p>\n

La Terre possede un champ magnetique et son existence a ete utilisee pour s\u2019orienter des le Xeme siecle par les Chinois. Le champ magnetique de la planete Terre est essentiellement dipolaire avec un axe de dipole aligne approximativement sur l\u2019axe de rotation. Ce champ magnetique est intense, sa valeur va de 33 000 nT a l\u2019equateur jusq\u2019a 70 000 nT aux poles. La presence de ce champ magnetique a ete un argument supplementaire pour l\u2019existence d\u2019un noyau compose de fer. A l\u2019heure actuelle, on propose que ce champ magnetique est produit par convection du noyau liquide externe selon le mode d\u2019une dynamo autoentretenue : un conducteur, ici le fer liquide, est mis en mouvement et cree un champ magnetique. Un champ magnetique dans lesquel se deplace un conducteur renforce le champ electrique : le champ est done autoentretenu. La source du mouvement est ici la difference de temperature entre le noyau externe et la graine et le relargage d\u2019elements legers et d\u2019energie a la limite graine noyau externe.<\/p>\n

\"Schema<\/div>\n

Fig. 13: Schema de la genese du champ magnetique terrestre et de la formation d\u2019une magnetosphere<\/p>\n

2 Le champ magnetique des autres planetes<\/strong><\/p>\n

A l\u2019oppose, tres peu de planetes telluriques possedent un champ magnetique : Mars a un champ magnetique remanant et on n\u2019a jamais mesure de champ magnetique sur Venus. Seul Mercure possede un champ magnetique tres faible (1% de celui de la Terre) ce qui conduit les scientifiques a se demander si oui ou non il est genere par effet dynamo. Si on peut supposer que Mars est trop petit pour avoir encore un noyau liquide et done un champ magnetique, l\u2019absence de champ magnetique sur Venus est problematique puisque sa taille et done l\u2019energie disponible est comparable a celle de la Terre.<\/p>\n

Les planetes geantes possedent toutes un champ magnetique beaucoup plus intense que celui de la Terre mais celui-ci est genere de facon differente puisque e\u2019est au niveau des couches d\u2019hydrogene et d\u2019helium gazeux puis metallique.<\/p>\n

\u0421 Un satellite, la Lune, stabilisateur de parametres orbitaux<\/strong><\/p>\n

La Lune est le satellite de la Terre situe a environ 380 000km de nous. Elle est composee d\u2019une croute anorthositique, d\u2019un manteau peridotitique et d\u2019un noyau tres reduit de sulfure de fer (l\u2019existence du noyau lunaire est encore discutee). Parmi les planetes telluriques, seul Mars possede deux satellites, Phobos et Deimos de meme nature que leur planete. Cependant ces derniers sont plus petits et ne sont pas ronds. La Terre presente done l\u2019originalite d\u2019avoir un satellite de nature compositionnelle identique et avec un mode de formation unique. Meme declasse, seul Pluton peut pretendre avoir un couple planete (naine) – satellite de nature identique.<\/p>\n

1 La formation de la Lune<\/p>\n

Les hypotheses sur la formation de la Lune ont ete nombreuses :<\/p>\n

–\u00a0 L\u2019hypothese de la fission : l\u2019idee etait que la Lune s’etait arrachee de la Terre a cause de la force centrifuge. Cette hypothese est infirmee entre autre par le fait que la Lune ne se situe pas dans le plan equatorial de la Terre.<\/p>\n

–\u00a0 L\u2019hypothese de la capture : la Lune se serait formee a un endroit different de la Terre et aurait ete capturee par cette derniere au cours de son passage. Cette hypothese est infirmee, d\u2019une part, par la difficulte de freiner la Lune pour la capturer et, d\u2019autre part, par les isotopes de l\u2019oxygene qui montre que la Lune dans un reservoir identique a celui de la Terre.<\/p>\n

–\u00a0 L\u2019hypothese de la co-formation : la Lune se serait accretee directement autour de la Terre. Le probleme est que dans ce cas la, la Lune devrait avoir un noyau de taille beaucoup plus elevee et ne devrait done pas etre appauvrie en elements siderophiles.<\/p>\n

–\u00a0 La theorie de 1\u2019impact geant : un corps de la taille de Mars aurait impacte la Terre au cours de son accretion\/differenciation et en aurait arrache un morceau. Cette hypothese permet d\u2019expliquer l\u2019appau-vrissement en siderophile de la Lune, 1\u2019impact emportant essentiellement du manteau et la cogenicite demontre par les isotopes de l\u2019oxygene.<\/p>\n

La date de formation de la Lune est intimement liee avec la formation du noyau. Nous avons vu que le noyau s’etait forme en environ 60Ma : ainsi, l\u2019impact qui forme la Lune a du se produire aux alentours de cette epoque puisque la quantite de fer et d’elements siderophiles dans la Lune est tres reduite. De plus, les echantillons ramenes par les missions Appolo ont montre que les roches lunaires avaient un age maximum de 4.4Ga temoignant que la Lune s’etait formee moins de moins de 150Ma apres la Terre.<\/p>\n\n\n\n
Theia : une protolune situ\u00e9e sur un point de Lagrange impactant la Terre Les points de Lagrange sont des points des orbites des plan\u00e8tes ou` peuvent se trouver des corps dans des positions plus ou moins stables. L\u2019orbite terrestre pr\u00e9sente deux points de Lagrange avec des positions stables. Certains pensent que The\u00a8\u0131a, l\u2019impacteur qui produisit la Lune se trouvait sur l\u2019un de ces points. Cette hypoth\u00e8se est bas\u00e9e sur des simulations num\u00e9riques qui montrent qu\u2019une bonne partie de la Lune doit \u02c6etre form\u00e9e par la mati\u00e8re de l\u2019impacteur. Or la Terre et la Lune pr\u00e9sentent des caract\u00e9ristiques identiques au niveau de leurs isotopes de l\u2019oxyg\u00e8ne. Ceci signifie qu\u2019elle se situait \u00e0 la m\u02c6eme distance du Soleil et donc que l\u2019impacteur aussi. Pourquoi The\u00a8\u0131a est-il sorti de sa position stable ? Il semblerait que si le corps pr\u00e9sent sur le point de Lagrange acquiert une masse trop importante, alors la stabilit\u00e9 est rompue et le corps le plus petit \u201ctombe\u201d sur le corps le plus grand. C\u2019est ce qui serait arriv\u00e9 pour le couple Terre-Lune.<\/p>\n
\"Formation<\/div>\n

Par ailleurs, l\u2019hypoth\u00e8se de l\u2019impact g\u00e9ant pour la formation de la Lune est aussi confirm\u00e9e par des indices iso-topiques. Lorsqu\u2019un corps subit un impact, une partie de la mati\u00e8re se
\n volatilise. Pour un m\u02c6eme atome, les isotopes les plus l\u00e9gers sont plus volatilis\u00e9s que les isotopes lourds justement \u00e0 cause de la l\u00e9g\u00e8re diff\u00e9rence de masse. Que ce soit sur Terre ou sur la Lune, on observe une anomalie des isotopes du fer : sur Mars et sur l\u2019ast\u00e9roide Vesta le 54<\/sup>Fe et le 57<\/sup>Fe se trouvent en proportion identique alors que sur la Terre et sur la Lune, le 54<\/sup>Fe est en proportion beaucoup plus faible que le57<\/sup>Fe. Ceci pointe donc aussi en direction d\u2019un impact g\u00e9ant qui aurait plus facilement volatilis\u00e9 le fer l\u00e9ger que le fer lourd conduisant \u00e0 cette diff\u00e9rence.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

2 La stabilisation des param\u00e8tres orbitaux de la Terre<\/p>\n

Deux parametres orbitaux, l\u2019obliquite et la precession, sont stabilises par la presence de la Lune. En effet, la Lune exerce des forces de maree sur la Terre. II se trouve que les bourrelets de maree sont legerement en avance par rapport a l\u2019axe Terre-Lune a cause de la rotation de la Terre. L\u2019attraction de la Lune sur ce bourrelet a tendance a ralentir la rotation de la Terre et en consequence a stabiliser ces deux parametres orbitaux.<\/p>\n

\"Precession,<\/div>\n

Fig. 14: Precession, obliquite et stabilisation des parametres orbitaux de la Terre par la Lune<\/p>\n

3 L\u2019extreme fin de I\u2019accretion vue par la Lune<\/p>\n

\"Arguments<\/div>\n

Fig. 15: Arguments g\u00e9ologiques extra-terrestres en faveur du bombardement tardif<\/p>\n

La Lune possede une croute anorthositique formee vers 4.45Ga. Cette croute est criblee de crateres a l\u2019in-terieur desquels se sont mis en place des basaltes. La datation de ces basaltes aux alentours de 3.8Ga a fait penser qu\u2019il avait du exister un episode de bombardement intense et tardif dans l\u2019histoire du systeme solaire entre 3.8 et 3.9Ga. Ainsi, une quantite de materiel non negligeable semble avoir traverse le systeme solaire et impacte l\u2019ensemble des corps du systeme solaire interne puisque Mercure est aussi tres fortement craterise. Deux hypotheses sont proposees pour expliquer ce bombardement tardif<\/p>\n

–\u00a0 La premiere hypothese postule que les planetes geantes se trouvaient beaucoup plus proches du Soleil que maintenant (entre 5.5 et 15 U.A. avant contre 5.2 et 30 U.A a l\u2019heure actuelle). De nombreux debris non accretes se trouvaient aussi au dela de l\u2019orbite du Neptune d\u2019alors. Les modelisations physiques et informatiques montrent que les planetes geantes ont alors du interagir et aller prendre la place qu\u2019elles occupent actuellement dans le systeme solaire. Ainsi tous les debris non accretes ont ete ejectes pour partie hors du systeme solaire et pour partie vers le systeme solaire interne provoquant le bombardement tardif.<\/p>\n

–\u00a0 La deuxieme hypothese propose qu\u2019etant donne la plus faible quantite de matiere disponible dans la partie la plus externe du systeme solaire Uranus et Neptune auraient ete plus longs a se former. Ainsi leur accretion tardive aurait pu modifier les equilibres gravitaires et eiecter une partie des debris vers le syst\u00e8me solaire interne<\/p>\n

\"Migration<\/div>\n

Fig. 16: Migration des plan\u00e8tes g\u00e9antes et mise en place du bombardement tardif<\/p>\n

Sur notre Terre, si nous n\u2019avons pas de traces physiques comme des crateres de ce bombardement tardif, son existence permet de resoudre certains problemes. Par exemple, si on regarde la quantite d\u2019iridium presente sur Terre, il \u0443 en a trop. L\u2019iridium est un element extremement siderophile : la quantite d’iridium dans les roches du manteau et de la croute devrait etre extremement faible puisque l\u2019ensemble de l’iridium devrait avoir migrer avec le fer dans le noyau. Or, on en retrouve en quantite trop importante : on peut done penser que des meteorites ont amener de l\u2019iridium tardivement sur Terre. De meme, ce bombardement tardif a une importance capitale dans l\u2019origine de l\u2019eau sur Terre puisque e\u2019est lui qui aurait pu refournir de l\u2019eau a la Terre apres 1\u2019impact geant qui a cree la Lune et done certainement ampute une bonne partie de la reserve d\u2019eau terrestre.<\/p>\n

Par sa position et son origine, la Terre a pu acquerir la presence d\u2019eau sous ses 3 etats a la surface. La faible modification des parametres orbitaux de la Terre grace a la stabilisation realisee par la Lune a permis de minimiser les variations de temperature, permettant a l\u2019eau de perdurer jusqu\u2019a l\u2019heure actuelle. L\u2019existence de cette couche aquatique a eu de nombreuses consequences qui ont conduit a des originalites qu\u2019on pourrait qualifier de secondaires sur Terre. Ces originalites sont au nombre de 3 : l\u2019apparition de la Vie certainement grace au milieu aquatique, la modification importante de son atmosphere par la presence d\u2019eau et de la Vie et enfin, la possibilite d\u2019une tectonique des plaques.<\/p>\n

III Les originalites secondaires de la planete Terre<\/span><\/strong><\/p>\n

A La presence de Vie diversifiee en surface<\/p>\n

Parmi les originalites les plus visibles, outre l\u2019eau, la Vie est aussi a plus d\u2019un titre exceptionnelle. Sur notre planete, cette Vie est incroyablement diversifiee et a reussi a coloniser tous les milieux, aeriens, aquatiques et meme endoges. Cette conquete s\u2019est accompagnee d\u2019une grande diversification des plans d\u2019organisation en rapport avec des adaptations specifiques a chacune des contraintes associees aux differentes environnement de vie.<\/p>\n

1 Conditions d\u2019existence de la Vie sur une planete<\/p>\n

Differentes conditions sont necessaires a l\u2019etablissement de la Vie telle que nous la connaissons sur une planete. Tout d\u2019abord, la Vie necessitant de l\u2019energie dans le cadre de la realisation de ses fonctions metaboliques, il est necessaire que la planete soit presente en orbite autour d\u2019un certain type d’etoile dont fait partie le Soleil (les etoiles avec une luminosite trop faible sont done a exclure). Ensuite, il faut aussi que cette planete soit situee dans ce qu\u2019on appelle la zone d\u2019habitabilite e’est a dire une zone ou l\u2019eau peut exister sous ses 3 etats. Dans le systeme solaire, cette zone entoure la Terre.<\/p>\n

La Terre est done a l\u2019heure actuelle dans le systeme solaire, la seule planete candidate a la Vie en surface. Cependant, au debut de l\u2019histoire du systeme solaire, on sait que le Soleil avait une luminosite plus faible (70% de celle actuelle). La presence d\u2019eau liquide est done problematique. On pense que l\u2019atmosphere avait plus de CO2 et done un effet de serre plus important qui permettait d\u2019avoir de l\u2019eau liquide. Ainsi, la notion de zone continuellement habitable qui est uniquement une vision stellaire se chevauche avec la notion d\u2019habitabilite planetaire qui tient compte, entre autre, de la presence d\u2019une atmosphere. Au debut de son histoire, etant donne une atmosphere plus importante, Mars aurait pu etre une planete habitable bien que hors de la zone continuellement habitable.<\/p>\n

\"aterialisation<\/div>\n

Fig. 17: Materialisation de la zone continuellement habitable en fonction de la taille de l\u2019etoile et de la distance entre l’etoile et la planete<\/p>\n

2\u00a0 \u00a0 \u00a0Les arguments geologiques permettant de dater les origines de la Vie<\/p>\n

La Vie a du apparaitre sur Terre de facon tres rapide. Nous avons en effet deja vu que l\u2019ocean, bien que chaud, avait du etre present apres la premiere centaine de millions d\u2019annees d\u2019existence de notre planete. Diverses traces laissees par une Vie potentielle permettent de remonter a l\u2019apparition d\u2019une Vie tres tot dans l\u2019histoire de la Terre :<\/p>\n

–\u00a0 Arguments geochimiques : II a ete retrouve dans les roches metamorphiques d\u2019Isua au Groenland des inclusions de graphite. En etudiant la composition isotopique de ce graphite, on constate qu\u2019il est pauvre en 13<\/sup>C <\/em>(\u201425%o < S13<\/sup>C <\/em>< \u20146%o). De telles signatures legeres en carbone 13 sont habituellement obervees lors de la photosynthese. On peut done penser que les organismes photsynthetiques auraient pu exister des cette epoque. Les detracteurs de cette theorie lui opposent la contamination possible par de la matiere organique actuelle ou bien encore le fait que les reactions metamorphiques peuvent aussi conduire a des fractionnnements isotopiques similaires.<\/p>\n

–\u00a0 Arguments morphologiques : on retrouve dans des roches datant de 3.5Ga en Australie et en Afrique du Sud des formes qui ressemblent a des filaments bacteriens. Etant donne que ce ne sont que des arguments morphologiques, ces interpretations sont fortement debattues.<\/p>\n

–\u00a0 Arguments sedimentologiques : les stromatolithes, qui sont des constructions realisees par des voiles mi-crobiens, se retrouvent sous forme de fossiles datant de 2.7 a 3.8Ga. Ces traces de Vie sont dans l\u2019ensemble assez acceptees
\n par la communaute scientifique.<\/p>\n

Ainsi, la Vie est apparue sur Terre au maximum moins de 700Ma apres la formation de la Terre. Etant donne l\u2019importance du bombardement tardif, on peut supposer que la Vie est meme apparu tres rapidement en environ lOOMa.<\/p>\n

3\u00a0 \u00a0 \u00a0Les hypotheses sur I\u2019origine de la Vie sur Terre<\/p>\n

La question qui vient done tout naturellement est comment cette Vie est-elle apparue, quelle est son origine ? La encore, plusieurs theories sont echaffaudees :<\/p>\n

–\u00a0 L\u2019origine atmospherique : A l\u2019epoque de Stanley Miller (1952) on pensait que l\u2019atmosphere primitive etait compsee d\u2019H2, CH4, NH3 et H20. Miller realisa done une experience ou il introduisit cette composition atmospherique et sous laquelle il fit bouillir de l\u2019eau et eclater des decharges electriques, analogues d’eclairs que l\u2019on supposait etre abondants dans l\u2019atmosphere terrestre en ces temps recules. Au bout de plusieurs mois de fonctionnement, des reactions entres tous les composes avaient produit de tres nombreuses molecules organiques, dont des acides amines que l\u2019on retrouvait en solution dans l\u2019eau. Si cette experience permettait de produire ces moclecules, on sait maintenant que l\u2019atmopshere primitive ne contenait pas de CH4 et de NH3.<\/p>\n

–\u00a0 L\u2019origine oceanique : Le manteau, principalement consitue d\u2019olivines et de pyroxenes, ou bien des basaltes ont rapidement interagit avec l\u2019eau des oceans. Ce manteau devait etre beaucoup plus chaud que le manteau actuel, des circulations hydrothermales devaient s\u2019etablir, et l\u2019eau devait reagir avec l\u2019olivine et permettre la formation de serpentine et de H2. L\u2019hydrogene ainsi libere peut reagir avec du C02 ou du N2 dissout dans l\u2019eau et former du methane, de l\u2019ammoniac (exemple : AH2 <\/em>+ CO2 <\/em>\u2014> CH4 <\/em>+ ‘IH^O), <\/em>qui peuvent ensuite reagir entre eux pour etre a la base d\u2019une synthese de molecules organiques type acides amines ou bases azotees. On peut opposer a cette proposition pour l\u2019origine de la Vie la faible stabilite des molecules d\u2019ARN et d\u2019ADN a haute temperature.<\/p>\n

\"Schema<\/div>\n

Fig. 18: Schema de l\u2019experience menee par Stanley Miller en 1952<\/p>\n

– L\u2019origine extraterrestre : les cometes et les chondrites carbonees contiennent de la matiere organique et celle-ci peut etre plus ou moins complexe. On trouve bien sur de l\u2019eau sous differentes formes mais aussi des molecules organiques que ce soient des acides amines (glycine et alanine par exemple) ou des bases azotees (purine et pyrimidine). Si cette matiere est arrivee sur Terre lors du bombardement tardif, elle pourrait bien avoir aussi un role dans l\u2019origine de la Vie.<\/p>\n

4 Comment passer des molecules prebiotiques a la veritable Vie ?<\/p>\n

Une fois ces premieres molecules prebiotiques arrivees sur Terre, il a fallu ensuite les polymeriser ce qui n\u2019est pas forcement le plus facile. Certains pensent que les surfaces minerales aurient pu avoir un role important dans ce mecanisme. En effet, les molecules organiques peuvent s\u2019adsorber sur les surfaces de argiles et ainsi etre mises en contact les unes avec les autres permettant ainsi leur polymerisation. Ces argiles, lorsqu\u2019il \u0443 a trop d\u2019eau peuvent meme separer les feuillets dont elles sont constituees. Si ce feuillet s\u2019assemble avec un autre feuillet sur lequel il n\u2019y a pas de molecules organiques, celles d\u2019en face vont done se disposer en creant une sequence complementaire : certains pensent que l\u2019origine de la replication pourrait venir de la. D\u2019autres pensent au contraire que le monde a ete au depart uniquement a ARN surtout apres la decouverte d\u2019ARN autocatalytique que sont les ribozymes dans les annees 80.<\/p>\n

5 La Vie sur les autres plan\u00e8tes<\/p>\n

\"Image<\/div>\n

Fig. 19: Image obtenue au microscope electronique \u00e0 balayage dans la m\u00e9t\u00e9orite ALH84001<\/p>\n

Etant donn\u00e9 les origines diverses \u00e9voqu\u00e9es pour la Vie, notamment celle extraterrestre, et la possibilit\u00e9 d\u2019existence d\u2019eau liquide au sein de cerains corps du syst\u00e8me solaire, il n\u2019est pas impossible que la Vie ait exist\u00e9 ou existe ailleurs dans le syst\u00e8me solaire. Cette derni\u00e8re aurait cependant une diff\u00e9rence majeure avec celle de la Terre, elle n\u2019est pas visible. On peut notamment signaler que l\u2019existence d\u2019oc\u00e9an liquide dans les<\/p>\n

satellites de glace pourrait renfermer de la Vie surtout apres la decouverte de formes bacteriennes dans le lac Vostok situe en Antarctique et qui est situe sous 4000m de glace. La decouverte aussi du quadruplet fossile morphologique + carbonate + matiere organique + magnetite ressemblant a celle produite par les bacteries magnetosensible dans la meteorite martienne ALH84001 ne permet pas d\u2019exclure une vie endogee sur Mars. Enfin, la presence de methane sous forme liquide, gazeuse et solide sur Titan fournirait un analogue de l\u2019eau terrestre dans lequel pourrait ou aurait pu apparaitre la Vie. De plus, la presence d\u2019ammoniac rendrait possible les reactions de Miller et permettrait de creer des molecules prebiotiques.<\/p>\n

\u0412 La presence de dioxygene et d\u2019une faible quantite de C02 dans I\u2019atmosphere<\/p>\n

Nous avons deja evoque l\u2019existence de I\u2019atmosphere terrestre lorsque nous avons explique sa formation. Nous avons aussi mentionne que deux autres planetes telluriques possedent une atmosphere, a savoir Venus et Mars. Cependant, I’atmosphere terrestre a subi une evolution differente de ces deux planetes du fait de la presence d\u2019eau liquide et de la Vie.<\/p>\n

1 La composition des atmospheres planetaires<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
<\/td>\nVenus<\/td>\nTerre<\/td>\nMars<\/td>\n<\/tr>\n
C02<\/td>\n96%<\/td>\n0,035%<\/td>\n95%<\/td>\n<\/tr>\n
H20<\/td>\ntraces<\/td>\n0-4%<\/td>\ntraces<\/td>\n<\/tr>\n
N2<\/td>\n3,5%<\/td>\n78,1<\/td>\n3%<\/td>\n<\/tr>\n
02<\/td>\n0<\/td>\n21%<\/td>\ntraces<\/td>\n<\/tr>\n
Gaz rares (Ar, Xe…)<\/td>\ntraces<\/td>\n~1%<\/td>\n~2%<\/td>\n<\/tr>\n
Pression atmosph\u00e8rique (bars)<\/td>\n90<\/td>\n1<\/td>\n0,008<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Tab. 3: Comparaison de la composition des atmosph\u00e8res plan\u00e8taires<\/p>\n

La simple observation du tableau 3 montre que si Venus et Mars ont des compositions atmospheriques similaires, la Terre est quant a elle completement originale. Etant donne la formation commune de ces trois planetes il nous faut expliquer l\u2019origine de ces differences qui est une originalite de la planete Terre.<\/p>\n

2 Le piegeage du C02 dans les carbonates et les roches carbonees<\/p>\n

Nous savons qu\u2019au debut de l\u2019histoire de I\u2019atmosphere terrestre, celle-ci etait riche en CO2 et en eau. Nous avons aussi vu que l\u2019eau avait rapidement precipite sous la forme d\u2019ocean relativement chaud. La mise en place d\u2019une croute oceanique basaltique a cette epoque a certainement permis de pieger une bonne partie du CO2 atmospherique au sein des oceans par alteration des pyroxenes :<\/p>\n

CaSiO3 <\/em>+ CO2 <\/em>+ H2O <\/em>\u2014> CaCO3 <\/em>+ S1O2 <\/em>+ H2O<\/em><\/p>\n

Apres l\u2019apparition de la Vie, la photosynthese a pu aussi pieger une partie du CO2 sous forme de carbone organique. Si ce carbone organique est enfoui sans degradation, alors le CO2 se retrouve piege dans les couches sedimentaires sous forme de roches carbonees telles que le petrole et le charbon. Enfin, la creation des tests\/squelettes des etres vivants, notamment les organismes aquatiques tels que les foramminiferes, les coccolithophoridees ou bien encore les coraux ont permis de deplacer l\u2019equilibre de precipitation des carbonates vers la droite par leur consommation de CO2 au cours de la photosynthese par exemple.<\/p>\n

\u0421a <\/em>+<\/sup> + 2HCO3<\/em> <\/em>–<\/sup> \u2014>\u0421\u0430\u0421\u041e\u0437 <\/em>+ CO2 <\/em>+ H2O<\/em><\/p>\n

Ces differents phenomenes permettent done d\u2019expliquer la forte diminution de la quantite de CO2 au cours des temps geologiques ainsi que son faible taux compare aux autres planetes telluriques. La deuxieme originalite de la composition atmospherique de la Terre est la presence de dioxygene.<\/p>\n

Etant donne que les carbonates font partie des mineraux temoignant soit de la presence d\u2019eau liquide, soit de reaction de type photosynthetique, ils sont activement recherches sur les autres planetes. A l\u2019heure actuelle, seuls des resultats tres controverses ont ete apportes pour Mars montrant que de la poussiere de carbonates est presente par certains endroits. Enfin, les carbonates presents dans la meteorite ALH84001 semblent etre dus a l\u2019alteration terrestre et done non originaires de Mars.<\/p>\n

3 La formation du dioxygene<\/p>\n

Le dioxygene est intimement lie a la presence de Vie sur Terre. Nous avons deja discute de ce mecanisme qu\u2019est la photosynthese au paragraphe precedent en precisant qu\u2019il consomme du CO2 et permet la formation de matiere carbonee. L\u2019un des dechets de cette photosynthese est justement le dioxygene qui constitue 21% de notre atmosphere planetaire. Ce dioxygene a permis l’emergence de Vie aerobie qui utilise a son tour \u0413\u041e2 comme source de pouvoir
\n oxydant. On peut resumer le bilan de la photosynthese par la reaction suivante :<\/p>\n

6CO2 + 6H2O <\/em>\u2014> C6H12O6 <\/em>+ 6O2<\/p>\n

Ainsi, il est aussi important de savoir quand la photosynthese est apparue. Les premiers arguments geochim-iques montrant des bassins localement oxydants et done pouvant potentiellement resulter d\u2019une activite photosynthetique ont ete trouve dans des sediments du Groenland : il s\u2019agit d\u2019anomalies isotopiques en carbone (voir 2) et en plomb. Cependant, ces interpretations sont sujettes a debat.<\/p>\n

Par contre, la presence de BIF (Banded Iron Formation <\/em>ou Fers rubanes) dates de 2.7Ga temoigne du passage d\u2019un ocean reduit a un ocean oxydant et done a un evenement d\u2019oxydation generalise : une grande quantite de fer reduit a pu etre accumulee dans les oceans avant 2.7Ga a cause de l\u2019absence d\u201902 ; des que le dioxygene est apparu massivement, celui-ci a pu precipiter sous forme de BIFs. Par ailleurs, ces resultats sont continues par des etudes realisees sur les isotopes du soufre qui montrent un changement de fractionnnement isotopique. Cette modification serait a relier a l\u2019apparition de la couche d\u2019ozone, issue de reaction impliquant le dioxygene. En effet, les sulfures et les sulfates peuvent etre dissocies par les rayons UV. Des la mise en place de la couche d\u2019ozone, cette dissociation devient impossible et le fractionnnement isotopique s\u2019en trouve modifie puisque les mecanismes changent.<\/p>\n

\"Evolution<\/div>\n

Fig. 20: Evolution de la quantit\u00e9 de dioxyg\u00e8ne dans l\u2019atmosph\u00e8re terrestre<\/p>\n

Par ailleurs, on peut mentionner que la mise en place de cette couche d\u2019ozone qui arrete les UVs a permis la sortie des eaux et la conquete des milieux terrestres<\/p>\n

\u0421 Des plaques lithospheriques a croute partiellement granitique animees d\u2019une tectonique<\/strong><\/p>\n

1 Quelques arguments en faveur de la tectonique des plaques<\/p>\n

La derive des continents, prelude a la theorie de la tectonique des plaques a ete introduite par Alfred Wegener. Celui-ci avait en effet remarque que les cotes de l\u2019Amerique du Sud et de l\u2019Afrique pouvaient s\u2019emboiter et qu\u2019il existait certaines continuites geologiques entre les deux continents. Par ailleurs, l\u2019existence d\u2019espece fossiles (le glossopteris qui est une fougere fossile presente sur tous les continents ou le Mesosaure qu\u2019on retrouve en Amerique du Sud et en Afrique par exemple) sur differents continents a l\u2019heure actuelle separes a confirme cette theorie. En 1962, Hess postula que l\u2019origine de cette tectonique etait la creation de plancher oceanique<\/p>\n

\"Subdivision<\/div>\n

Fig. 21: Subdivision de la Terre en plaques lithospheriques<\/p>\n

au niveau des dorsales medio-oceaniques a la maniere d\u2019un tapis roulant. En 1963, Vine et Matthews, par la mesure d\u2019anomalies du champ magnetique enregistrees dans les basaltes confirma cette proposition.<\/p>\n

La Terre est decoupee en plaques lithospheriques qui sont des calottes d\u2019environ 100 km d\u2019epaisseur et qui sont limitees lateralement par des zones actives. Le decoupage s\u2019est fait en remarquant que la deformation et les manifestations telluriques (seismes et volcanismes) sont concentrees en certains endroits de l\u2019ecorce terrestre qu\u2019on considere comme etant ces frontieres de plaques.<\/p>\n

2 Tectonique des plaques, convection mantellique et comparaison aux autres planetes<\/p>\n

L\u2019origine de cette tectonique des plaques provient de la dissipation de la chaleur terrestre (essentiellement generee par radioactivite). La quantite d\u2019energie disponible est globalement fonction de la taille de la planete. Ainsi, la tectonique des plaques ne devrait pas etre une originalite terrestre : Venus devrait aussi presenter une telle dynamique. Tout d\u2019abord, rappelons que le transport de la chaleur terrestre est realisee au sein du manteau par convection. Cette convection peut prendre differentes formes sur Terre : une convection sous forme de cellule dont la partie descendante est materialisee par les zones de subduction (cette convection tient son origine d\u2019un refroidissement par le haut et un chauffage diffus dans le manteau par radioactivite) et une convection plus modeste sous forme de panache due a un chauffage faible par le bas (evacuation de la chaleur en provenance du noyau). On comprend done que la presence de plaques a la surface de la Terre gouverne done le type de convection : essentiellement des cellules et quelques panaches.<\/p>\n

Cette convection en cellules est due a la possibilite d\u2019un decouplage mecanique entre la lithosphere et l\u2019asthenosphere : la lithosphere est rigide alors que l\u2019asthenosphere est ductile. L\u2019asthenosphere est done capable de convecter contrairement a la lithosphere qui ne peut qu\u2019etre cassante. On touche la encore a une originalite de la Terre. En effet, la presence d\u2019eau modifie fortement le comportement des roches, notamment leur viscosite. En l\u2019occurrence, l\u2019existence d\u2019eau dans le manteau terrestre a tendance a diminuer sa viscosite contrairement a la lithosphere. On obtient ainsi une difference de deux ordres de grandeurs au niveau de la viscosite qui permet de creer ce decouplage.<\/p>\n

Sur Mercure, la planete est semble-t-il trop petite pour avoir eu une tectonique. Sur Mars, on ne peut pas veritablement parler de tectonique puisqu\u2019on ne constate que quelques volcans \u0434\u0430 et la. Le Dome Tharsis, qui est le champ de volcans martiens le plus important resulte sans doute de l\u2019action d\u2019un point chaud. Dans tous les cas, il n\u2019y a pas de plaque. Reste Venus, que nous pouvons considerer de plus en plus comme une soeur de la Terre. Cette derniere presente des volcans actifs un peu partout a la surface. Cependant, ces volcans sont repartis de fagon aleatoire contrairement aux alignements qui existent sur Terre et qui forme certaines bordures de plaques.<\/p>\n

On peut proposer deux raisons pour lesquelles il n\u2019y a pas de tectonique des plaques sur Venus :<\/p>\n

–\u00a0 Nous avons deja precise que l\u2019eau etait completement absente de Venus. Le manteau n\u2019est done pas hydrate et il n\u2019y a pas de decouplage possible entre une lithosphere rigide et une asthenosphere ductile empechant ainsi l\u2019individualisation verticale de plaques.<\/p>\n

–\u00a0 Par ailleurs, la temperature de surface de Venus etant d\u2019environ 470\u00b0C, la lithosphere doit done etre moins visqueuse et plus ductile. La deformation peut done etre accomodee de fagon plastique et non cassante<\/p>\n

\"Effet<\/div>\n

Fig. 22: Effet de l\u2019eau sur la viscosite des materiaux terrestres et decouplage lithosphere asthenosphere<\/p>\n

\"Repartition<\/div>\n

Fig. 23: Repartition des volcans a la surface de Venus obtenus grace aux image de MAGELLAN. Meme si on note differents types d\u2019edifice (signifi\u00e9s par les difierents symboles), aucun ne semble caracteristique d\u2019une tectonique des plaques<\/p>\n

comme \u00e0 la surface de la Terre. On constate en effet par endroit des reliefs qui proviennent du mouvement de convergence de la lithosph\u00e8re v\u00e9nusienne et des zones volcaniques qui par endroit proviennent de mouvement de divergence. Enfin, la r\u00e9partition des volcans laissent penser que la convection est l\u00e0 encore de type point chaud.<\/p>\n\n\n\n
Une tectonique des plaques sur Encelade ?<\/strong>Encelade est un des satellites de Saturne. Malgre sa faible taille, il presente une activite tectonique importante. L\u2019hemisphere Nord est constitue principalement de terrains craterises et done anciens. L\u2019hemisphere Sud n\u2019est que peu craterise et est done jeune. Pres du pole Sud, une zone circulaire centree sur le pole et s\u2019etendant approximativement a l\u2019interieur du parallele \u201460\u00b0 lat. Sud est occupee par des terrains sans cratere d\u2019impact : e\u2019est la zone des \u25a0 rayures de tigre \u25a0. Ces rayures de tigres correspondent a des fractures (nominees sulcus) par ou s’echappent des jets de vapeurs d\u2019eau riches en matiere organique. Cette zone des rayures de tigre est ceinturee d\u2019une chaine de montagnes dites circumpolaires. Par analogie avec la Terre, les geologues de la NASA ont interprete ces zones de volcanisme aquatique comme etant des vallees axiales bordees par des zones plus montagneuses qui pourraient constituer la dorsale. Encelade pourrait done presenter une tectonique des plaques a lithosphere glacee.<\/p>\n
\"\"<\/div>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n


\n<\/strong><\/p>\n

3 Une croute granitique sur Terre<\/p>\n

Lorsqu\u2019on
\n regarde la repartition des elevations des differentes planetes telluriques on constate que la Terre presente une courbe bimodale qui peut suggerer une difference de petrologie et chimie entre des reliefs negatifs et des reliefs positifs. A l\u2019oppose, Venus ne presente qu\u2019une courbe de type normale (au sens mathematique) et Mars une courbe assez applatie.<\/p>\n

\"Repartition<\/div>\n

Fig. 24: Repartition de l\u2019elevation des terrains sur Venus, la Terre et Mars<\/p>\n

De plus, lorsqu\u2019on regarde la chimie des surfaces de ces planetes, on constate une difference de taille : sur Terre, il existe une croute dite continentale d\u2019affinite chimique granitique alors que la croute de Venus est exclusivement basaltique et celle de Mars essentiellement basaltique aussi avec quelques depots sedimentaires. Ainsi, la Terre a aussi une croute originale. Cette croute s\u2019est essentiellement mise en place a l\u2019Archeen vers 2.5 a 3Ga. Cependant les premieres traces de croute granitique remonte a 4Ga comme en temoignent des inclusions de quartz a l\u2019interieur de zircons dates de cette epoque.<\/p>\n

La mise en place de la croute continentale granitique a ete permise par la tectonique des plaques : a l\u2019archeen, le gradient geothermique etait plus eleve (atteste par des assemblages sapphirine+quartz temoignant de temperature de 900\u00b0C a 60km de profondeur + l\u2019existence et la chimie des komatiites qui temoignent d\u2019un manteau plus chaud) et permettait la fusion de la croute oceanique hydratee. La fusion de cette croute hydratee permet la genese de magma de type TTG qui ont des compositions chimiques et mineralogiques voisines de celles des granites actuels.<\/p>\n

Conclusion<\/p>\n

La planete Terre partage une origine commune avec l\u2019ensemble des planetes du systeme solaire. Les grandes lignes de sa formation ont ete les memes que ses voisines telluriques a savoir une accretion de corps chondri-tiques, une fusion partielle due a la grande quantite d’elements radioactifs qui a mene a une differenciation en enveloppes concentriques : noyau-manteau-atmosphere et hydrosphere. Cependant, une premiere originalite a ete mise en place au cours de cette differenciation, a savoir l\u2019impact geant qui forma son satellite, la Lune, qui permet de stabiliser certains parametres orbitaux de la Terre. La position de la Terre dans le systeme solaire a permis l\u2019apparition d\u2019eau liquide en surface ce qui a conduit a la mise en place d\u2019originalites par rapport aux autres planetes. Grace a cette eau, la Vie a pu se developper, une tectonique des plaques unique dans le systeme solaire s\u2019est mise en place et enfln l\u2019atmosphere s\u2019en est trouvee profondemment modifiee. La Vie a en retour conduit a la formation de nouvelles originalites comme l\u2019apparition du dioxygene dans l\u2019atmosphere. En plus de permettre le developpement de Vie aerobie, ce dioxygene a participe a la formation de la couche d\u2019ozone qui couplee a Faction protectrice d\u2019un champ magnetique intense a permis la sortie des eaux et la colonisation du milieu aerien.<\/p>\n

Ce sont ces caracteristiques uniques qui conditionnent l\u2019existence de la Vie et done la possibilite de Vie extra-terrestre. Ainsi, les observations en direction des exoplanetes se font de plus en plus actives et la decouverte d\u2019une ou des originalites que nous avons presentees, particulierement celles liees a la presence d\u2019eau, permettront peut-etre de repondre un jour a la question \u201cSommes nous seuls dans l\u2019Univers ?\u201d.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

J’ai corrig\u00e9 le 3\u00e8me \u00e9crit blanc de l’ann\u00e9e 2009 de la pr\u00e9pa agreg de l’ENS Lyon. J’ai choisi comme sujet : Origine et originalit\u00e9s de la plan\u00e8te Terre. La correction se trouve ici pour la version PDF ou juste apr\u00e8s … Lire la suite →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[6,4],"tags":[113,37,40],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/63"}],"collection":[{"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=63"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/63\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1400,"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/63\/revisions\/1400"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=63"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=63"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=63"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}