Écrite pour répondre à une question : Sur quels indices juge-t-on que le placage tardif était presque sec et que les comètes ont peu compté dans l'eau terrestre, et que vaut l'hypothèse d'un hydrogène nébulaire dissous dans l'océan de magma ?
1. Pourquoi ces trois sources sont dites « mineures »
La fiche de-la-nebuleuse-a-la-terre (section 7) expose les deux pistes principales pour l'eau terrestre : des planétésimaux riches en eau venus d'au-delà de la ligne des glaces, et un héritage local de matériaux proches des chondrites à enstatite Izidoro 2022 Piani 2020. Elle écarte trois autres sources en une phrase, sur l'autorité d'une seule revue Lichtenberg 2023 : le placage tardif, « probablement sec », les comètes, « faibles », et l'hydrogène du disque, « discuté ». La présente fiche donne les raisons de ces trois jugements. Chacune repose sur un traceur distinct : les isotopes du ruthénium et du molybdène pour le placage tardif, le D/H et le xénon pour les comètes, le D/H et le néon du manteau profond pour l'hydrogène nébulaire.
Elle corrige aussi une confusion de la question posée. Le résultat « placage tardif apparenté au réservoir NC » est celui de Fischer-Gödde et Kleine (2017). L'article de Fischer-Gödde et al. (2020) va plutôt dans l'autre sens (section 3).
2. Le placage tardif et le traceur du ruthénium
Le manteau terrestre contient trop d'éléments très sidérophiles (platine, or, ruthénium…) : ces métaux auraient dû suivre le fer dans le noyau. On attribue cet excès à de la matière météoritique primitive ajoutée après la fin de la formation du noyau : c'est le « placage tardif » Fischergodde 2017. Sa masse est estimée à au plus 0,5 à 0,8 % de celle de la Terre (de-la-nebuleuse-a-la-terre, section 4) Lichtenberg 2023.
La question de son origine compte pour l'eau, car un placage tardif fait d'astéroïdes de type chondrite carbonée, ou de comètes, « pourrait être la principale source des volatils et de l'eau de la Terre » Fischergodde 2017. Le ruthénium sert de traceur pour deux raisons. Le ruthénium du manteau vient pour l'essentiel du placage tardif, celui d'avant ayant coulé dans le noyau. Et les météorites portent des anomalies isotopiques de ruthénium, héritées d'une poussière d'étoiles inégalement répartie dans le disque Fischergodde 2017. La signature isotopique du ruthénium du manteau est donc celle du placage tardif.
En 2017, Fischer-Gödde et Kleine montrent que toutes les chondrites, carbonées comprises, ont un ruthénium distinct de celui du manteau. Les anomalies croissent des chondrites à enstatite aux ordinaires puis aux carbonées, donc avec la distance au Soleil du lieu de formation Fischergodde 2017. Ils en concluent que le placage tardif ne vient pas du Système solaire externe et qu'il « n'a pas été la source principale des volatils et de l'eau » Fischergodde 2017. Le placage tardif serait donc fait de matière du réservoir interne (NC), pauvre en eau. C'est la base du qualificatif « sec ».
3. Le ruthénium d'Isua : une objection de 2020
Fischer-Gödde et al. (2020) mesurent le ruthénium de roches ultramafiques de l'Éoarchéen, au sud-ouest du Groenland (environ 3,7 Ga). Ils y trouvent un excès de ¹⁰⁰Ru de 22 ppm par rapport au manteau actuel Fischergodde 2020. Cet excès signifie que le manteau contenait déjà, avant le placage tardif, une part notable de ruthénium que le noyau n'avait pas entièrement extraite. Il signifie aussi qu'il y a 3,7 Ga ce manteau ne s'était pas encore entièrement mélangé à la matière ajoutée Fischergodde 2020.
La conclusion inverse en partie celle de 2017. Si une partie du ruthénium du manteau est antérieure au placage tardif, la signature du manteau actuel est un mélange. Elle peut alors cacher un placage tardif qui « contenait des quantités substantielles de matériaux de type chondrite carbonée » Fischergodde 2020. Les auteurs jugent que ces données « relâchent les contraintes antérieures » et qu'elles sont compatibles avec un apport tardif de matière riche en volatils venue du Système solaire externe Fischergodde 2020. Le communiqué de l'université de Cologne va plus loin : l'eau, le carbone et l'azote seraient arrivés « très tard », pendant le placage tardif Sciencedaily 2020.
Le « placage tardif sec » n'est donc pas un acquis : en 2020, l'équipe même qui l'avait proposé en 2017 a ouvert la porte à un placage tardif en partie carboné.
4. Les mesures récentes : un placage tardif surtout non carboné
Deux études plus récentes reviennent vers une matière surtout interne. Bermingham et al. constatent que le molybdène et le ruthénium donnaient jusqu'ici des proportions contradictoires de matière NC et CC dans l'accrétion tardive. À partir de nouvelles mesures du molybdène de la Terre silicatée, ils concluent que les 10 à 20 derniers pour cent de la masse de la Terre ont été dominés par de la matière NC Bermingham 2024. Ils laissent possible une petite part carbonée dans le dernier 0,5 à 1 %, donc précisément dans le placage tardif Bermingham 2024.
En 2026, Pape, Worsham et Kleine mesurent le ruthénium de météorites de fer. Les fers NC s'alignent sur une droite de mélange du processus s, et les fers CC tombent à côté, ce qu'un excès de processus r dans la matière carbonée expliquerait Pape 2026. Ils en tirent un placage tardif « majoritairement NC ». Sa composition aurait pu changer au cours du temps, ce qui offre une autre lecture de l'anomalie d'Isua. Mais ils précisent qu'il faudra d'autres mesures du ruthénium terrestre pour dire si le placage tardif contenait de la matière carbonée Pape 2026.
L'état de la question est donc le suivant. Le placage tardif est majoritairement de type interne, donc pauvre en eau, mais une fraction carbonée n'est pas exclue. Ces études ne chiffrent pas l'eau que cette fraction aurait apportée. Sec ou non, ce placage tardif a eu un autre effet sur l'eau déjà présente. D'après impacts-et-oceans, le bilan des éléments sidérophiles implique des impacteurs de plus de 1 000 km, capables de vaporiser l'océan de surface avant que l'eau ne retombe en pluie.
5. Les comètes : le deutérium et le xénon
Le deutérium. Le spectromètre ROSINA de la sonde Rosetta a mesuré dans la glace de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko un rapport D/H d'environ trois fois celui de l'océan Altwegg 2015 Marty 2016. Une eau cométaire de ce type ne peut fournir l'essentiel de l'océan sans en relever nettement le D/H.
Le xénon. Le xénon de l'atmosphère terrestre est une vieille énigme : il ne s'explique ni par le Soleil, ni par les chondrites seules. Rosetta a mesuré les isotopes du xénon de 67P, pauvres en isotopes lourds. Marty et al. (2017) en déduisent que l'atmosphère contient 22 ± 5 % de xénon cométaire, mêlé à du xénon chondritique ou solaire Marty 2017. C'est le premier lien chiffré entre comètes et atmosphère terrestre.
Pourquoi ce lien limite l'eau. Les comètes sont riches en gaz nobles par rapport à l'eau, d'après la composition de 67P (argon notable) Marty 2016. Une petite masse de comètes suffit donc à fournir un quart du xénon, mais n'apporte que peu d'eau. Par un bilan de masse, et à condition que 67P soit représentative des glaces cométaires, Marty et al. (2016) concluent que les comètes ont fourni ≤ 1 % de l'eau terrestre, ≤ 1 % du carbone et quelques pour cent au plus de l'azote Marty 2016. L'ESA résume : les comètes ont pu marquer le xénon de l'atmosphère sans changer sensiblement la composition de l'eau des océans esa-rosetta-xenon. Selon Marty et al., ces apports cométaires seraient arrivés tard, après l'impact lunaire, plutôt pendant un bombardement tardif vers 4,0–3,8 Ga Marty 2016. Ce bombardement est lui-même contesté (de-la-nebuleuse-a-la-terre, section 8).
Ce qui reste discuté pour les comètes
Le chiffre de ≤ 1 % repose sur une seule comète. Or le D/H de l'eau cométaire varie d'un objet à l'autre, entre une et trois fois la valeur océanique. Des comètes « hyperactives » comme 46P/Wirtanen ou 103P/Hartley 2 auraient un D/H proche de celui de l'océan Lis 2019. Ce point n'a pas été vérifié sur l'article ; il interdit en tout cas de dire que le D/H seul exclut toutes les comètes. Le xénon, en revanche, donne une borne globale, qui ne dépend pas du D/H de chaque comète. Marty et al. jugent qu'un retour d'échantillon cométaire sera nécessaire pour avancer Marty 2016.
6. L'hydrogène du disque dissous dans l'océan de magma
L'idée est la suivante. Si un embryon terrestre est devenu assez massif avant la dissipation du gaz du disque (vers 4–5 Ma, voir de-la-nebuleuse-a-la-terre, section 3), il a pu capter une enveloppe d'hydrogène nébulaire. Une partie s'est dissoute dans son océan de magma Williams 2019. Cet hydrogène solaire est très pauvre en deutérium. Deux traceurs le cherchent dans le manteau profond, la partie la moins brassée par la surface.
Le deutérium. Dans des laves de l'île de Baffin et d'Islande issues du manteau profond, Hallis et al. (2015) trouvent une composante au D/H très bas (δD inférieur à −218 ‰). Ils l'interprètent comme une eau héritée directement de la nébuleuse protosolaire Hallis 2015. C'est un résultat d'une équipe, sur peu d'échantillons, et l'interprétation est discutée.
Le néon. Williams et Mukhopadhyay (2019) mesurent dans des panaches mantelliques profonds des rapports ²⁰Ne/²²Ne allant jusqu'à 13,03 ± 0,04. Ces valeurs dépassent celles des matériaux irradiés par le vent solaire et des chondrites CI ; elles exigent du néon nébulaire Williams 2019. L'explication concurrente est un néon implanté par le vent solaire à la surface des grains avant l'accrétion. Péron et al. (2016) la défendaient à partir de vésicules de basaltes des Galápagos, dont le rapport moyen (12,65 ± 0,04) est proche de la valeur du vent solaire implanté (≈ 12,7) Peron 2016. Les mesures de 2019, plus élevées, ont fait pencher la balance vers le gaz nébulaire, mais le désaccord porte sur le rapport retenu pour le manteau primitif.
Combien d'eau ? Des modèles très éloignés
Que du gaz nébulaire soit présent dans le manteau ne dit pas combien d'eau il a fourni. Wu et al. (2018) combinent un héritage chondritique et une dissolution d'hydrogène nébulaire. Ils ajoutent un piège : environ 60 % de l'hydrogène serait passé dans le noyau, en fractionnant ses isotopes. Leur modèle demande 0 à 0,5 océan d'hydrogène nébulaire, en complément de sept à huit océans d'origine chondritique Wu 2018. Dans ce modèle, l'hydrogène du disque est un appoint qui ajuste le D/H, pas la source de l'eau.
À l'autre extrême, Young, Shahar et Schlichting (2023) font de l'eau terrestre un produit de l'équilibre entre des atmosphères primaires riches en H₂ et les océans de magma des embryons. L'oxygène du magma réagit avec l'hydrogène et fabrique de l'eau à partir de matériaux secs proches des chondrites à enstatite Young 2023. Le même processus expliquerait la faible densité du noyau et l'état d'oxydation du manteau Young 2023. C'est un modèle thermodynamique cohérent, pas une mesure.
Les deux modèles s'accordent sur un point : l'eau se forme pendant l'accrétion principale, ce qui est cohérent avec un placage tardif pauvre en eau. Ils diffèrent d'un facteur considérable sur la part nébulaire. L'hydrogène du disque est donc une hypothèse vivante, appuyée par le néon, mais sa part dans l'océan n'est pas fixée.
7. Ce que disent ensemble les trois traceurs
Les trois verdicts n'ont pas la même solidité. Pour les comètes, deux traceurs indépendants (D/H et xénon) conduisent à une part faible, sous l'hypothèse d'une 67P représentative. C'est le verdict le plus sûr. Pour le placage tardif, le ruthénium a donné en 2017 un placage interne et sec, puis en 2020 la possibilité d'une part carbonée. Le molybdène (2024) et le ruthénium des fers (2026) penchent de nouveau vers une matière surtout NC. Le mot « sec » est donc une majorité d'auteurs, pas un consensus. Pour l'hydrogène nébulaire, la présence d'un gaz du disque dans le manteau profond est bien étayée par le néon. Son poids dans l'eau va de presque rien à presque tout selon les modèles.
La conclusion de de-la-nebuleuse-a-la-terre reste juste dans sa forme : l'essentiel de l'eau est arrivé pendant l'accrétion principale, par de la matière chondritique interne et externe Izidoro 2022 Piani 2020. Mais la raison n'est pas que chaque source mineure a été exclue. Les traceurs rendent improbable qu'elles aient dominé.
Ce que le livre peut en tirer
Pour le récit. Une image forte et sûre : une comète a « signé » l'air que nous respirons. Environ un quart du xénon de l'atmosphère est cométaire, mais pas plus d'un pour cent de l'eau, si 67P est représentative. Les comètes ont donc parfumé l'air sans remplir les mers. Autre image, plus fragile : le fond du manteau garderait un peu du gaz du disque solaire, capté quand la Terre était un océan de magma.
Pour l'essai. (1) Un traceur par question : le ruthénium pour le placage tardif (le manteau ne garde que le ruthénium arrivé après le noyau), le xénon et le D/H pour les comètes, le néon et le D/H du manteau profond pour l'hydrogène nébulaire. (2) Un cas d'école de science qui se corrige : la même équipe conclut en 2017 à un placage tardif interne et sec, puis en 2020 à la possibilité d'une part carbonée. En 2024–2026, d'autres mesures reviennent vers « surtout NC ». (3) Le chapitre 18 (assertion 1.8) peut garder « la part des comètes est jugée faible » et « l'essentiel de l'eau est arrivé pendant l'accrétion ». Pour « le placage tardif était probablement sec », il faut écrire « surtout fait de matière interne, pauvre en eau, ce qui reste débattu ». Le chapitre 17 (1.7) peut citer l'excès d'or et de platine, et préciser que ce placage tardif vient surtout du Système solaire interne.
Contresens à éviter. Ne pas attribuer à Fischer-Gödde et al. 2020 la conclusion « placage tardif NC et sec » : c'est l'article de 2017 (Fischer-Gödde et Kleine). Celui de 2020 la relâche. Ne pas écrire que le D/H exclut toutes les comètes : certaines ont un D/H océanique. Ne pas écrire que l'eau vient de la nébuleuse : le néon prouve qu'il y a du gaz nébulaire dans le manteau, pas qu'il a fait les océans. Ne pas confondre le placage tardif (≤ 0,5–0,8 % de la masse, après le noyau) avec le Grand Bombardement tardif, lui-même contesté.
À vérifier avant publication. Lis et al. 2019 (comètes hyperactives) et Péron et al. 2016 (néon implanté) : non lus, repris de résumés de moteur de recherche. La masse de 0,5–0,8 % est reprise de la fiche voisine (Lichtenberg et al.) sans relecture du passage. Pour Marty et al. 2017, le texte intégral n'a pas pu être extrait du PDF ; le chiffre de 22 ± 5 % est recoupé par l'ESA et par un résumé.
Voisines
- de-la-nebuleuse-a-la-terre — Développe les trois jugements que la section 7 (#vient-eau) rapporte en une ligne. Corrige « placage tardif probablement sec » en « surtout interne, débattu ». Précise aussi la masse du placage tardif donnée en section 4 (#assemblage-terre-formation).
- vie-et-humanite — L'eau du corps vient de l'eau terrestre ; d'après Marty et al. 2016, les comètes auraient pu apporter beaucoup de matière prébiotique tout en fournissant peu d'eau.
- des-etoiles-a-nous — Les anomalies isotopiques de ruthénium et de molybdène (processus s et r) sont des héritages de la nucléosynthèse stellaire, inégalement répartis dans le disque.
Sources
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Geochimica et Cosmochimica Acta. https://karmaka.de/?p=36883 — « « Results indicate that the final 10 to 20 wt% of Earth's accretion was dominated by NC materials that were likely sourced from the inner Solar System, although the addition of minor proportions of CC materials, as has been suggested to occur during accretion of the final 0.5 to 1 wt% of Earth's mass, remains possible. » »pape2026— Pape, J., Worsham, E. A., Kleine, T. (2026). The NC-CC dichotomy in ruthenium isotopes: Implications for the origin of the late veneer. Icarus (accepté). arXiv:2609.02269. DOI 10.1016/j.icarus.2026.117308 https://arxiv.org/abs/2609.02269 — « Les auteurs concluent à « a predominantly NC late veneer that may have evolved over time from more s-process-enriched to more s-process-depleted compositions », d'autres mesures du ruthénium terrestre restant nécessaires. »altwegg2015— Altwegg, K., et al. (2015). 67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter family comet with a high D/H ratio. Science 347, 1261952. 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