Des planétologues de l’ETH Zurich montrent que le matériau dont est faite la Terre provient exclusivement de l’intérieur de notre système solaire. Cela jette également une nouvelle lumière sur l’histoire de la formation de notre planète.
Les planétologues se disputent depuis longtemps à ce sujet : D’où vient le matériau de construction à partir duquel notre Terre s’est formée ? Malgré sa situation dans le système solaire interne, ils estiment probable que ce matériau provienne à 6 à 40 % du système solaire externe, c’est-à-dire au-delà de Jupiter.
Pendant longtemps, les matériaux du système solaire externe ont été considérés comme nécessaires pour amener des composants volatils comme l’eau sur Terre. Par conséquent, un échange de matériaux entre les systèmes solaires extérieur et intérieur a dû avoir lieu lors de la formation de la Terre. Mais est-ce vraiment le cas ?
"Nous avons été vraiment étonnés"
Les planétologues Paolo Sossi, professeur de planétologie expérimentale, et Dan Bower de l’ETH Zurich ont comparé les données existantes sur les rapports isotopiques de différentes météorites, dont celles de Mars et de l’astéroïde Vesta, avec celles de la Terre. Les isotopes sont des atomes frères du même élément ; ils ont le même nombre de protons, mais une masse différente due à un nombre différent de neutrons.
Les chercheurs ont analysé ces données de manière nouvelle et différente - et sont arrivés à une conclusion surprenante : le matériau dont est faite la Terre provient entièrement de la région intérieure du système solaire.
En revanche, les matériaux provenant de l’extérieur du système solaire ont représenté moins de deux pour cent de la construction de la Terre, voire aucun. L’étude correspondante vient d’être publiée dans la revue spécialisée Nature Astronomy.
"Nos calculs le montrent clairement : les matériaux de construction de la Terre proviennent d’un réservoir de matériaux homogène", déclare Sossi. Et son collègue Bower d’ajouter : "Ce qui nous a vraiment étonnés, c’est que la Terre est entièrement composée de matériaux provenant du système solaire interne et qu’elle se distingue clairement de toutes les combinaisons de météorites connues"
Une expérience de science des données
Pour leur étude, les deux chercheurs ont utilisé des données existantes sur dix systèmes isotopiques différents provenant de météorites et les ont évaluées de manière combinée à l’aide d’une méthode statistique spéciale. Dans les études précédentes, seuls deux systèmes isotopiques étaient généralement pris en compte.
"Notre étude est en fait une expérience de science des données", explique Sossi. "Nous avons effectué des calculs statistiques qui ne sont pratiquement jamais utilisés en géochimie, bien qu’ils constituent un outil puissant".
La signature isotopique révèle l’origine
Les isotopes dans les météorites servent depuis longtemps aux chercheurs à déterminer l’origine des corps célestes, c’est-à-dire de quelle région du système solaire ils proviennent. Mais pendant longtemps, la détermination de l’origine s’est limitée à différents isotopes de l’élément oxygène.
Ce n’est qu’au début des années 2010 qu’un chercheur américain a découvert que les isotopes d’autres éléments, comme le chrome et le titane, pouvaient également être utilisés à cette fin. Les chercheurs sont ainsi parvenus à diviser les météorites en deux classes : les non-carbonées, qui se forment exclusivement dans le système solaire interne, et les carbonées, qui contiennent plus d’eau et de carbone et se forment dans le système solaire externe.
La nouvelle analyse prouve que la Terre est entièrement composée de matériaux non carbonés. L’échange entre les deux réservoirs de matériaux, supposé jusqu’à présent, n’est pas détectable.
La Terre s’est donc développée dans un système relativement statique, en incorporant ses petites planètes voisines au cours de sa croissance. Cela signifie également que la plupart des éléments volatils, comme l’eau, étaient également présents dans le système solaire interne.
Jupiter comme barrière matérielle
Mais pourquoi y a-t-il deux réservoirs de matériaux différents dans notre système solaire ? Les chercheurs supposent que notre système solaire s’est divisé en deux réservoirs lors de sa formation en raison de la croissance rapide et de la taille de Jupiter. La gravité de la géante gazeuse a ouvert une brèche dans le disque protoplanétaire qui tournait autour du jeune soleil. Les disques protoplanétaires sont en forme d’anneau, composés de gaz et de poussière, et sont le lieu de naissance des planètes.
Jupiter empêchait les matériaux du système solaire extérieur de pénétrer à l’intérieur. L’épaisseur réelle de cette barrière restait toutefois incertaine - jusqu’à présent.
Grâce à leur analyse, les deux chercheurs montrent que presque aucun matériau ne s’est écoulé en direction de la Terre depuis l’extérieur de Jupiter. "Nos calculs sont très robustes et ne s’appuient que sur les données elles-mêmes, et non sur des hypothèses physiques, car celles-ci ne sont pas encore totalement comprises", souligne Bower.
L’analyse montre en outre que la Terre se trouve sur une ligne (de parenté) avec Vesta et Mars du point de vue de la composition des matériaux. Les chercheurs supposent que Vénus et Mercure se trouvent également sur la même ligne. "Et sur la base de notre analyse, nous pouvons théoriquement prédire la composition de ces deux planètes", explique Paolo Sossi.
Il ne peut toutefois pas vérifier son affirmation sur le plan analytique : les chercheurs ne disposent pour l’instant d’aucun échantillon de roche de Mercure et de Vénus, qui sont les plus proches du Soleil et font partie du système solaire interne, tout comme la Terre.
Un nouvel éclairage sur l’histoire de la formation
"Nos résultats jettent une nouvelle lumière sur l’histoire de la formation de notre Terre et des autres planètes rocheuses", affirme Paolo Sossi avec conviction.
Dans une prochaine étape, il aimerait notamment savoir pourquoi il y avait autant d’eau dans le système solaire interne chaud pour former les océans de la Terre. Les planétologues de l’EPFZ souhaitent en outre découvrir si ces processus peuvent être transposés aux systèmes exoplanétaires.
"D’ici là, Dan et moi devrons encore mener de nombreux débats passionnés sur la composition des matériaux de la Terre et de ses planètes voisines, car le débat scientifique sur les matériaux de construction qui composent la Terre est loin d’être terminé, malgré les nouveaux résultats", conclut Sossi.
Référence bibliographique
Sossi PA, Bower DJ. Accrétion homogène de la Terre dans le système solaire interne, Nature Astronomy (2026), doi : 10.1038/s41550-026-02824-7
