Le phénomène de fluidisation des roches explique comment l’impact d’un astéroïde peut créer instantanément des ‘Himalayas’

Samedi, 8 décembre 2018

Il y a environ 66 millions d’années, à la fin du Crétacé, un astéroïde de la taille d’une petite ville est entré en collision avec la Terre, mettant fin au règne des dinosaures et éradiquant 76% des espèces de la planète. Les scientifiques ont récemment dressé un tableau détaillé des minutes qui ont suivi l’impact géant grâce à l'analyse des roches forées en 2016 au sein du cratère de Chicxulub, au Mexique. Pendant un temps, les roches brisées ont subi un processus de fluidisation acoustique et se sont littéralement comportées comme un fluide. Beaucoup de théories ont été proposées pour expliquer le mécanisme qui permet à cette fluidisation de se produire. Nous savons maintenant que ce sont de très fortes vibrations qui secouent constamment et suffisamment la roche pour lui permettre de "couler". Ce sont les résultats d’une étude récemment publiée par une équipe internationale de scientifiques(1).

Échantillon de carotte prélevé pendant la mission de forage en mer en 2016. @: D. Smith-ECORD_IODP Les grandes structures d’impact de météorites observées dans notre système solaire possèdent des reliefs topographiques prononcés en forme d’anneaux. Ces anneaux culminent à l'intérieur des cratères à plusieurs centaines de mètres au-dessus du sol du cratère qui est plat. Ils se sont formés à partir des roches profondes qui étaient présentes au point d’impact et qui ont été soulevées en quelques minutes lors du choc. Comment ces structures topographiques se forment reste un mystère. Pour être déplacées rapidement sur des grandes distances, les roches doivent avoir été affaiblies de façon drastique. Elles doivent néanmoins aussi avoir conservé suffisamment de cohésion pour ensuite construire et maintenir les reliefs topographiques. Les mécanismes de déformation de la roche qui entrainent un changement aussi extrême au cours de la formation du cratère sont en grande partie inconnus et ont été débattus pendant des décennies. Les observations directes sont extrêmement limitées car les grands anneaux topographiques des cratères extra-terrestres peuvent uniquement être étudiés par télédétection, ne fournissant que peu d’informations sur la partie enfouie de la structure. Sur la Terre, le cratère de Chicxulub, large d’environ 200km, est la seule structure d’impact presque intacte et ayant un anneau topographique central bien préservé. Des simulations numériques ont montré que le cratère se serait formé en quelques minutes. L’anneau central serait constitué de roches initialement localisées à 10 km de profondeur et qui auraient été projetées dans les airs, formant momentanément une montagne plus haute que l’Everest, avant de s’effondrer sur elles-mêmes. Une équipe internationale de 33 scientifiques a pour la première fois put tester cette hypothèse et décrire la chaîne de mécanismes de déformation qui correspond aux différentes étapes du processus de cratérisation.

Les carottes de roche contenant les enregistrements de ce processus ont été extraites du cratère de Chicxulub en 2016, lors d’une mission de forage scientifique réalisée dans le cadre des programmes internationaux IODP (International Ocean Discovery Program) et ICDP (International Continental Scientific Drilling Program). De nombreux chercheurs internationaux y ont participé, dont des chercheurs français du CNRS et des universités d'Aix-Marseille, de Bourgogne, de Strasbourg et de Montpellier. Le cratère de Chicxulub est en partie localisé en mer sur la plateforme du Yucatan, au Mexique, et les roches formant l’anneau topographique sont actuellement enfouies sous des centaines de mètres de sédiments et de roches. L’équipe internationale de chercheurs a donc réalisé un forage de 1300 m de profondeur et remonté plus de 800 m de carottes qui renseignent sur l’impact lui-même, ses conséquences, et les modalités de retour de la vie après l’impact. Plusieurs études préalablement publiées dans les revues Science et Nature montrent ainsi à quel point ce forage est unique et fourni un jeu d’informations sans précédent. Dans cette nouvelle étude menée par l’université de Hambourg (Allemagne), les scientifiques se sont concentrés sur les différents mécanismes de déformation, leur chronologie relative et leur contribution dans les différentes étapes de cratérisation, y compris lors de formation de l’anneau central. 

Les carottes récupérées grâce au forage présentent différentes structures de déformations macroscopiques qui attestent d’état de contraintes très variables lors de l'impact et démontrent le comportement mécanique parfois extrême des roches. Grâce à ces observations et à des simulations numériques, les chercheurs ont ainsi pu confirmer le rôle dominant du mécanisme de fluidisation acoustique faisant suite au passage de l’onde de choc et à la décompression qui ont fracturé la roche de manière irréversible. Pendant quelques minutes après l’impact, la roche brisée se comporte alors comme une masse visqueuse sous l’effet de vibrations extrêmement fortes. Ce n’est que plus tard, lorsque l’oscillation aura cessé, que la roche regagnera de la cohésion lors d’une phase de rebond central ou de la mise en place de l’anneau central qui y fait suite. À l’avenir, ces découvertes peuvent aider à déchiffrer la formation des plus grands cratères d’impact partout dans notre système solaire. 

Note(s): 
  1. Les laboratoires français impliqués sont Géosciences Montpellier (OSU OREME, CNRS/Université de Montpellier/Université des Antilles), l Laboratoire Biogeosciences (CNRS/Université de Bourgogne) et l'Institut de chimie et procédés pour l’énergie, l’environnement et la santé (ICPEES, CNRS/Université de Strasbourg).
Source(s): 

Riller U., Poelchau M., Rae Auriol S.P., Schulte F., Collins G.S., Melosh H.J., Grieve R.A.F, Morgan J.V., Gulick S.S.P., Lofi J., Diaw A., McCall N., Kring D., and IODP-ICDP Expedition 364 Science Party (2018) Rock fluidization during peak-ring crater formation, Nature, 562, 511–518.

Contact(s):
  • Johanna Lofi, Géosciences Montpellier
    johanna [dot] lofi [at] gm [dot] univ-montp2 [dot] fr, 04 67 14 93 09
  • Rubén Ocampo-Torres, ICPEES
    ocampo [at] unistra [dot] fr, 03 68 85 05 36

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