Une avancée majeure dans la compréhension de la composition isotopique de l’oxygène dans le système solaire.

Une équipe franco-britannique vient de percer un mystère vieux de plusieurs décennies en expliquant les variations isotopiques de l’oxygène observées dans les solides du système solaire. Cette découverte, publiée dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ouvre de nouvelles perspectives sur les premiers instants de notre système planétaire.

Une énigme scientifique résolue après des décennies de recherche

Depuis les années 1970, les scientifiques s’interrogeaient sur les différences marquées entre la composition isotopique de l’oxygène des planètes telluriques, des astéroïdes et des comètes, et celle du Soleil. Cette dernière, déterminée grâce à l’analyse du vent solaire ramené sur Terre par la mission NASA Genesis, servait de référence pour comprendre l’origine des variations observées dans les solides du système solaire.

Dans les années 1980, une piste prometteuse émergea avec la découverte que la formation de l’ozone dans la haute atmosphère terrestre produisait des variations isotopiques similaires à celles observées dans les météorites. Cela laissa penser que des réactions analogues avaient pu se produire dans la nébuleuse protosolaire, le nuage de gaz et de poussières à l’origine de notre système solaire. Cependant, aucun modèle théorique ni expérience de laboratoire ne permit de confirmer cette hypothèse.

Des expériences révolutionnaires pour reproduire la nébuleuse protosolaire

Pour élucider ce mystère, les chercheurs ont entrepris de reproduire expérimentalement la condensation de solides dans un plasma similaire à la nébuleuse protosolaire. Ce plasma, composé de méthane et de vapeur d’eau, présentait des conditions de pression et de taux d’ionisation proches de celles supposées dans la nébuleuse. Les résultats de ces expériences ont montré, pour la première fois, que des solides condensés à haute température dans un tel environnement possèdent les variations isotopiques de l’oxygène caractéristiques des planètes telluriques et des petits corps du système solaire.

Les expériences suggèrent que ces variations proviennent d’une réaction impliquant un complexe activé H2O2 à courte durée de vie dans le plasma. Bien que cette réaction ne puisse expliquer à elle seule toutes les variations isotopiques observées, d’autres complexes activés comme SiO2 ou CO2* pourraient également jouer un rôle clé.

Des perspectives inédites sur la formation des premiers solides du système solaire

Ces découvertes ouvrent la voie à la reconstitution de la chaîne des réactions ayant conduit à la formation des premiers solides dans le système solaire, un objectif jusqu’alors inaccessible. Elles pourraient également permettre de mieux comprendre les processus à l’origine de la diversité isotopique observée dans les matériaux extraterrestres, comme les météorites et les échantillons de comètes.

L’étude, intitulée « Mass-independent fractionation of oxygen isotopes during high-temperature condensation in cosmochemical plasmas », a été menée par une équipe pluridisciplinaire de chercheurs français et britanniques. Parmi les institutions impliquées figurent l’Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), le Muséum national d’Histoire naturelle, l’Université Sorbonne Paris Nord, le Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques, et l’Université de Manchester.

Une collaboration internationale pour percer les secrets du système solaire

Cette avancée est le fruit d’une collaboration entre des chercheurs de renom, dont Nathan Asseta, de l’IPGP, Marc Chaussidon, Guillaume Lombardi, Johan Villeneuve, Romain Tartèse, Smail Mostefaoui et François Robert. Leur travail, publié sous le DOI : https://doi.org/10.1073/pnas.2426711122, marque une étape importante dans le domaine de la cosmochimie et pourrait inspirer de nouvelles recherches sur les origines de notre système planétaire.

Cette découverte illustre une fois de plus l’importance des approches expérimentales pour résoudre des questions fondamentales en sciences planétaires. Elle pourrait également contribuer à mieux comprendre les processus à l’œuvre dans d’autres systèmes planétaires, au-delà de notre propre système solaire, élargissant ainsi notre horizon sur l’univers et ses mystères.