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1 · La Terre avant nous science et technique

Premières roches terrestres

il y a environ 4,4 milliards d’années Jack Hills, Australie-Occidentale

En bref

De minuscules cristaux de zircon trouvés à Jack Hills, en Australie, ont environ 4,4 milliards d’années. Ils ont survécu alors que les roches qui les contenaient ont été transformées ou détruites. Leur composition donne des indices sur la croûte et sur l’eau de la Terre toute jeune.

Pourquoi c’est important Ce sont parmi les plus anciens témoignages matériels que notre planète ait conservés.

Source : Université du Wisconsin-Madison, « Oldest bit of crust firms up idea of a cool early Earth »

Illustration : Premières roches terrestres (Jack Hills, Australie-Occidentale)
Illustration créée avec l’IA pour Storiascopio
Premières roches terrestres : Jack Hills, Australie-Occidentale
Où : Jack Hills, Australie-Occidentale

Fiche pour étudier environ 6 minutes de lecture

Le récit

Chercher une pierre qui se souvient de tout

Imagine que tu doives découvrir comment était ta ville il y a mille ans, mais que tu n’aies que quelques fragments de brique éparpillés çà et là. Les scientifiques qui étudient la Terre toute jeune sont dans la même situation. La planète est un lieu en changement continuel : les continents bougent, les roches s’enfoncent dans le manteau et fondent, les volcans en font sortir de nouvelles, la pluie et le vent usent les montagnes. C’est pour cela qu’il ne reste presque rien des roches des 500 premiers millions d’années de la vie de la Terre.

Parmi les roches les plus anciennes connues aujourd’hui en un seul morceau, il y a le gneiss d’Acasta, dans le nord du Canada, d’environ 4 milliards d’années (selon certaines études, la ceinture de Nuvvuagittuq, toujours au Canada, serait encore plus vieille, mais son âge est discuté). Mais il existe des fragments encore plus anciens : de minuscules cristaux, de moins d’un millimètre, trouvés dans les collines de Jack Hills, en Australie-Occidentale. Ce sont des cristaux de zircon, un minéral qui se forme dans le magma, et ils ont environ 4,4 milliards d’années.

Le zircon : une capsule temporelle

Le zircon est l’un des matériaux les plus résistants de la nature. Quand il se forme, un peu d’uranium entre dans sa structure, mais pas de plomb. Avec le temps, l’uranium, qui est radioactif, se transforme lentement en plomb, à un rythme que les scientifiques connaissent avec précision. En mesurant la quantité d’uranium et de plomb présente dans un cristal, on en déduit combien de temps s’est écoulé depuis sa formation, comme avec un sablier. Le cristal résiste à la chaleur, aux chocs et même aux transformations chimiques : il survit souvent même quand la roche qui le contenait est détruite.

Les zircons de Jack Hills ne se trouvent pas dans la roche où ils sont nés. Ce sont des grains que l’eau a transportés ailleurs, il y a des milliards d’années, et qui se sont retrouvés piégés dans des sables qui se sont ensuite transformés en une roche appelée conglomérat. Cette roche a environ 3 milliards d’années, mais les grains qu’elle contient sont beaucoup plus vieux. Le plus ancien a été daté en 2001 par une équipe de chercheurs dirigée par Simon Wilde, de l’université Curtin en Australie, qui a trouvé un âge d’environ 4,4 milliards d’années, soit seulement 150 millions d’années après la formation de la Terre. En 2014, une autre équipe, dirigée par John Valley de l’université du Wisconsin, a refait la mesure avec des techniques très précises et a confirmé que le cristal a 4,4 milliards d’années.

Ce qu’ils nous racontent

Ce n’est pas seulement un âge. Chaque cristal porte des indices sur le lieu où il est né. Dans le zircon de Wilde et de ses collègues, la quantité de certains types d’oxygène indique que le magma dont il est issu avait un lien avec des roches qui avaient interagi avec de l’eau liquide. Si c’est le cas, il y a 4,4 milliards d’années, il y avait déjà sur la Terre une croûte solide et de l’eau à la surface. Cela a changé l’image que les scientifiques se faisaient de la planète toute neuve : pas seulement un enfer de lave, mais un monde peut-être plus frais qu’on ne le pensait.

Comme toujours en science, la conclusion reste prudente. Quelques chercheurs discutent l’interprétation de l’oxygène et la date de certaines phases, et ils cherchent à savoir si la croûte était mince et instable, recouverte d’océans peu profonds. Ce qui est certain, c’est que ces grains sont parmi les choses les plus anciennes jamais touchées par l’être humain, et qu’ils ne sont dépassés en âge que par les météorites et les roches rapportées de la Lune.

Une colline et beaucoup de patience

Jack Hills est une chaîne de basses collines dans la région de Murchison, dans le désert de l’Australie-Occidentale. Pour trouver les cristaux, les géologues ramassent des roches, les broient et séparent les minéraux lourds, puis regardent chaque grain au microscope. Sur des centaines de milliers de grains, seule une petite partie a plus de 4 milliards d’années. Il faut de l’œil, de la patience et des instruments comme le spectromètre de masse à ions, qui peut analyser un cristal gros comme la pointe d’une épingle sans le détruire complètement.

Pourquoi c’est arrivé

Les roches des premiers temps ont disparu parce que la Terre est une planète vivante. Les plaques tectoniques bougent et les roches de la croûte, tirées vers le bas dans le manteau, fondent et deviennent de nouvelles roches. L’érosion aussi, c’est-à-dire le travail de l’eau, du vent et de la glace, les réduit en sable et en boue. En des milliards d’années, ce processus est presque complet.

Certains matériaux arrivent pourtant à survivre. Le zircon est très dur et son réseau cristallin ne laisse pas entrer le plomb, donc l’horloge de l’uranium reste fiable. C’est pour cela que les grains de zircon sont devenus le principal outil pour dater les roches les plus anciennes.

Le hasard a fait le reste : quelques grains anciens ont été transportés par l’eau et protégés dans un conglomérat, et seule cette roche, à Jack Hills, est restée en surface pour être découverte.

Ce qui a changé

Les zircons de Jack Hills ont changé l’histoire que l’on raconte sur la Terre primitive. Avant, on pensait que pendant les 500 premiers millions d’années, la planète était un lieu infernal, bombardé par les astéroïdes et couvert de magma. Aujourd’hui, beaucoup de scientifiques pensent que la croûte et les océans sont apparus tôt et que la planète pouvait être plus accueillante qu’on ne le croyait.

Cela a rouvert la question de savoir quand la vie est née. Si l’eau liquide et la croûte étaient déjà là il y a 4,4 milliards d’années, la vie aurait eu plus de temps pour commencer. Certains chercheurs ont étudié le carbone enfermé dans un zircon de Jack Hills, pour y chercher des traces chimiques d’organismes vivants, mais ces preuves sont très discutées.

Les méthodes pour dater les grains sont utilisées tous les jours pour étudier les continents, les montagnes et les météorites. Le même principe, l’uranium qui devient du plomb, sert à dater les roches du monde entier et à construire l’échelle du temps géologique que nous utilisons dans toute cette ère.

Personnes et lieux clés

Personnes

Simon Wilde
Géologue australien de l’université Curtin (Perth). En 2001, il a dirigé l’équipe qui a daté le zircon de 4,4 milliards d’années.
John Valley
Géologue américain de l’université du Wisconsin. En 2014, il a confirmé l’âge de 4,4 milliards d’années avec une technique qui compte les atomes de plomb un à un.
Clair Patterson
Géochimiste américain qui, le premier, a mesuré avec précision l’âge de la Terre grâce au plomb.

Lieux

Jack Hills, Australie-Occidentale
De basses collines dans la région de Murchison, où se trouvent les plus anciens zircons connus.
Acasta, Territoires du Nord-Ouest (Canada)
C’est ici qu’affleurent les gneiss d’Acasta, parmi les plus anciennes roches conservées en un seul bloc, avec environ 4 milliards d’années.
Université Curtin, Perth
Le laboratoire où les géologues mesurent l’âge des cristaux avec un instrument appelé SHRIMP.

À savoir

  • L’instrument utilisé pour dater le zircon s’appelle SHRIMP, ce qui veut dire « crevette » en anglais, mais c’est l’abréviation d’un long nom technique.
  • Les cristaux de zircon de Jack Hills font moins d’un millimètre : pour les chercher, il faut des microscopes et de nombreuses semaines de travail.
  • L’uranium 238 voit sa quantité diminuer de moitié environ tous les 4,5 milliards d’années, un temps presque égal à l’âge de la Terre : c’est pourquoi c’est l’horloge idéale pour les roches les plus anciennes.
  • Le zircon est aussi une pierre précieuse : ses cristaux transparents sont utilisés en bijouterie, et il ne faut pas les confondre avec la « zircone cubique », un matériau artificiel.
  • Pour décider si un cristal est ancien ou non, les chercheurs en regardent l’intérieur avec une lumière spéciale, qui fait apparaître des anneaux de croissance comme ceux d’un arbre.

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