Quand la Lune était géante dans le ciel, elle aurait maintenu la Terre en enfer… et préparé la vie

L’Hadéen, première période géologique de l’histoire de la Terre, doit son nom à Hadès, dieu grec des enfers. Et il le porte à merveille ! Car il y a 4,5 milliards d’années, notre Planète n’avait en effet rien d’un monde habitable. Océan de magma, chaleur suffocante, gaz toxiques et pluie de météorites composent en effet le tableau de cette Terre primitive. Et pourtant, ces conditions dantesques auraient été les prérequis à l’apparition du vivant. D’autant plus, d’ailleurs, si le refroidissement de la planète a été lent, comme le propose une nouvelle étude.

Représentation de la Terre primitive à l’Hadéen. © Ron Miller, International Space Art Work

Cristallisation de l’océan de magma : une question de durée

Jusqu’à présent, la plupart des modèles suggéraient que la cristallisation de l’océan de magma s’était effectuée relativement rapidement, entre 1 et 100 millions d’années seulement après l’impact géant ayant donné naissance à la Lune. Mais une équipe de chercheurs a révisé ces scénarios en introduisant un facteur souvent négligé : le chauffage par les effets de marée induits par la jeune Lune.

Il y a 4,5 milliards d’années, la jeune Lune formée par la collision titanesque entre la Terre et Théia est située bien plus proche de notre Planète qu’elle ne l’est aujourd’hui, avec une conséquence majeure : les marées étaient bien plus puissantes, d’autant plus que la Terre était encore partiellement à l’état fondu.

Vue d’artiste de la Terre primitive et de la jeune Lune tout juste formée. © Nasa

Il est probable que la déformation induite par ces fortes marées dans l’océan de magma a permis de maintenir celui-ci plus longtemps qu’on ne le pensait. Les frictions engendrées par la déformation des marées produisent en effet de la chaleur. Or, dans le cas d’une Terre primitive affublée d’une grosse Lune proche, cet effet de chauffe aurait été considérable, ralentissant de fait la cristallisation de l’océan de magma.

Un impact sur la chimie de l’atmosphère

Les modèles développés par l’équipe de l’université de Groningen (Pays-Bas) et de l’université de Cambridge (Angleterre) indiquent ainsi que ces conditions auraient pu perdurer entre 30 et 500 millions d’années ! L’étude, publiée sur le site ArXiv montre qu’il aurait d’ailleurs existé des épisodes d’équilibre radiatif global, durant lesquels la Terre aurait pratiquement cessé de refroidir en raison de l’équilibre existant entre la chaleur produite par les marées et celle perdue vers l’espace.

La durée de ces épisodes aurait toutefois été dépendante de l’état chimique du manteau (oxydant ou réducteur). Dans le cas d’un manteau oxydant, une grande partie de l’eau serait longtemps restée dissoute dans le magma. Lorsqu’elle aurait fini par être libérée sous forme de vapeur, elle aurait alors participé à un effet de serre très puissant qui aurait ralenti la perte de chaleur vers l’espace et permis à l’océan de magma de se maintenir plus longtemps. À l’inverse, un manteau de composition plus réductrice aurait libéré plus rapidement ses gaz, entraînant un effet de serre moins durable et donc un refroidissement plus rapide de la planète.

Les chercheurs ont ainsi testé plusieurs scénarios et montré que cet équilibre thermique aurait pu perdurer entre 2 et 320 millions d’années. La Terre serait donc restée plus longtemps qu’on ne le pensait dans un état infernal. Et c’est justement ce qui aurait pu favoriser plus tard l’apparition de la vie.

Des conditions propices à certaines réactions prébiotiques

L’étude montre également qu’un océan de magma ayant perduré plus longtemps aurait pu modifier en profondeur la composition de l’atmosphère primitive. Selon les simulations, certaines conditions chimiques du manteau terrestre auraient favorisé le maintien d’un rapport méthane/CO₂ proche de 0,1. Or, ce ratio est considéré comme particulièrement propice à la production photochimique de cyanure d’hydrogène (HCN).

Sous l’effet du rayonnement ultraviolet du jeune Soleil, le méthane et l’azote présents dans l’atmosphère pouvaient en effet être dissociés, puis recombinés pour former du HCN. Bien que cette molécule soit aujourd’hui surtout connue pour sa toxicité, elle occupe une place importante dans de nombreux scénarios de chimie prébiotique. Elle peut participer à la synthèse de molécules organiques complexes, notamment certains précurseurs des acides aminés, des bases nucléiques et de l’ARN.

Les chercheurs soulignent également que les marées induites par la jeune Lune ne se seraient pas contentées de ralentir le refroidissement de la Terre. En modifiant l’équilibre entre la chaleur interne et l’atmosphère, elles auraient aussi influencé les proportions de plusieurs gaz, dont le méthane, l’ammoniac (NH₃), le sulfure d’hydrogène (H₂S) et le monoxyde de carbone (CO). Cette « signature chimique » particulière pourrait ainsi constituer une conséquence directe de l’interaction entre l’océan de magma, l’atmosphère primitive et la dynamique orbitale du système Terre-Lune.

Si cette hypothèse demande encore à être testée et affinée, elle établit un lien inédit entre l’évolution thermique de la Terre primitive, les effets des marées engendrées par la jeune Lune et la chimie de l’atmosphère hadéenne. Elle ouvre ainsi de nouvelles pistes pour comprendre comment certaines conditions favorables à la chimie prébiotique ont pu émerger sur la Terre primitive, mais aussi pour identifier des environnements comparables sur d’autres mondes rocheux.