Depuis des temps immémoriaux, l'Humanité contemple le ciel et s'interroge quant à sa signification et aux secrets qu'il recèle. L'inconnu suscitant bien souvent des craintes profondes, les phénomènes d'origine céleste constituent d'excellents candidats pour alimenter les peurs les plus intenses. Une des grandes frayeurs exprimée par l'Humanité étant celle de la Fin du Monde, il n'y a qu'un pas à franchir pour associer les deux, et craindre de voir le Monde toucher à sa Fin (celle avec un grand F !) en raison d'un cataclysme d'origine céleste.

 Au-delà des croyances, une telle crainte est-elle fondée ?

L'état actuel de nos connaissances nous permet d'emblée de faire un constat : notre planète est loin d'être à l'abri de phénomènes dévastateurs dont l'origine se situerait bien au delà des limites confortables de notre atmosphère !  Les scénarios susceptibles de causer la chute de notre Monde sont en effet plus nombreux que nous ne pourrions a priori le penser : nous avons toutes et tous à l'esprit l'idée d'impacts d'astéroïdes, d'explosions cataclysmiques d'étoiles, ou encore de chamboulement spectaculaire de l'activité du Soleil. Ces idées, souvent popularisées par le cinéma, la littérature ou encore certaines séries télévisées reposent-elles sur des fondements légitimes ? Nous allons tenter de clarifier les choses en passant en revue les scénarios plausibles reposant sur nos connaissances actuelles.

Les grands impacts

On pourrait d'abord discuter du cas de l'impact météoritique¹, à savoir la collision entre la Terre et un astéroïde. Dans le cadre de ce scénario, l'astéroïde entre dans l'atmosphère terrestre, animé d'une grande vitesse, et sa taille est telle qu'il n'est pas totalement consumé avant d'atteindre le sol. La collision avec la croûte terrestre libère alors une quantité prodigieuse d'énergie, qui soulève des masses de matière énormes dans l'atmosphère. Si l'impact a lieu sur un continent, il en résulte alors un cratère, dont le diamètre et la profondeur dépendent de la taille et de la composition de l'astéroïde. Si l'impact a lieu dans l'océan, un gigantesque raz-de-marée se développe et est susceptible d'ensevelir des zones continentales importantes en fonction de la taille de l'objet, de la profondeur océanique, et de la distance de l'impact par rapport aux côtes.

Il s'agit inconstestablement du plus évident des scénarios de catastrophe céleste, popularisé notamment par des films tels que Meteor (1979), ou encore Armageddon (1998). L'origine de sa popularité réside également dans le fait qu'il s'agit de l'idée la plus en vogue pour expliquer la disparition des dinosaures, il y a environ 65 millions d'années (extinction KT), potentiellement due à l'impact de la météorite responsable du cratère de Chicxulub, à proximité de la péninsule du Yucatan au Mexique.

D'où proviennent les astéroïdes qui ont percuté la Terre, et ceux qui éventuellement menacent d'en faire autant à l'avenir ? Ces roches interplanétaires sont principalement en orbite autour du Soleil et peuplent ce que l'on appelle généralement la ceinture d'astéroides. Cette ceinture se situe entre les orbites des planètes Mars et Jupiter. Elle résulterait des premiers âges de notre système solaire, alors que l'influence déstabilisatrice de Jupiter aurait inhibé la formation d'une planète supplémentaire sur cette orbite. Sous l'influence de la force de gravitation qui s'exerce mutuellement entre les astéroïdes qui peuplent cette ceinture, leur trajectoires sont perturbées et certains d'entre eux sont susceptibles d'adopter des orbites qui les amènent à proximité du Soleil. Lors de leur traversée de la partie interne du système solaire, la trajectoire de ces corps (dont la taille peut varier de quelques centimètres à plusieurs kilomètres) croise les orbites planétaires, dont celle de la Terre. Une telle situation conduit alors à un risque de collision.

Dans le cas de l'extinction KT, on estime que la taille de l'objet entré en collision avec la Terre au nord de la péninsule du Yucatan était d'une dizaine de kilomètres. Lors de la désintégration de la météorite suite à l'impact, des fragments de croûte terrestre et de la vapeur d'eau se sont subitement élevés dans l'atmosphère pour former un gigantesque panache, qui a enflé jusqu'à un diamètre de 100 à 200 kilomètres. Ce panache a atteint la haute atmosphère, pour finir par envelopper la planète entière. Les particules soulevées ont fini par retomber sur le sol, avec des vitesses allant de 7000 à 40000 kilomètres par heure, élevant la température de vastes zones de l'atmosphère à des centaines de degrés. La couche de cendres qui en a résulté est encore observable aujourd'hui, en sondant des couches profondes du sous-sol. La végétation a été enflammée par cette pluie de cendres sur une très grande superficie du globe. L'onde de choc consécutive à l'impact a fait le tour de la Terre en quelques heures, produisant ainsi un immense séisme à l'échelle planétaire. Les matérieux soulevés dans l'atmosphère ont, par ailleurs, plongé la planète dans une obscurité profonde, qui rappelle ce qu'on pourrait attendre d'un hiver nucléaire. En l'absence de lumière, la photosynthèse a été interrompue, ce qui a été fatal à la plupart des êtres vivants qui avaient jusque là échappé au cataclysme. Le cratère de Chicxulub qui a résulté de cet impact a un diamètre d'environ 180 kilomètres, et sa profondeur est de 10 kilomètres.

Bien que cet exemple soit le plus populaire, d'autres extinctions de masse ont peut-être été causées par un impact de même type que celui de l'extinction KT. Par exemple, on notera le cratère de Bedout, dont le diamètre est d'environ 200 kilomètres. Situé au large de la côte nord-ouest de l'Australie. Il pourrait être à l'origine de l'extinction PT il y a environ 250 millions d'années, qui fut la plus dévastatrice des extinctions de masse recensées à ce jour. Quant à l'extinction du Norien, il y a environ 214 millions d'années, elle pourrait être liée au cratère de Manicouagan, au Québec, à 200 kilomètres au nord du fleuve Saint-Laurent. Ce cratère a un diamètre d'environ 100 kilomètres.

On pourrait également parler d'impact, non plus météoritique, mais d'impact cométaire. En effet, en tant que petit corps du système solaire, les comètes adoptent également des trajectoires qui frôlent parfois de très près l'orbite terrestre. Le risque de collision n'est donc pas écarté. Pour en attester, deux faits sont à mentionner. D'abord, on est convaincu à l'heure actuelle que dans sa jeunesse, la Terre a connu un épisode d'intense bombardement cométaire qui pourrait notamment avoir apporté de grandes quantités d'eau, alimentant ses océans. Ensuite, un tel impact a été observé il y a quelques années, non pas avec la Terre, mais avec Jupiter. Cela s'est produit en juillet 1994, et il s'agissait de la comète Shoemaker-Levy 9. Cette comète s'était fragmentée lors de son précédent passage en 1992, et l'impact de ses fragments principaux a pu être observé tant par le télescope spatial Hubble que par des télescopes au sol, sur Terre. Dans l'illustration ci-contre, on distingue les impacts des plus gros fragments de la comète. Un tel scénario catastrophe, où cette fois la Terre serait la cible de l'impact cométaire, a d'ailleurs été mis en scène dans le film Deep Impact (1998).

Qu'en est-il des risques pour l'avenir ?

Il n'y a, a priori, pas de raison de considérer que la Terre soit à l'abri de tels événements. Il n'est d'ailleurs pas rare que la presse annonce l'approche d'un astéroïde susceptible de percuter notre planète d'ici 10, 20 ou 30 ans. Si les scientifiques sont assez d'accord pour dire qu'un impact majeur² aura lieu tôt ou tard, qu'il soit météoritique ou cométaire, il est par contre impossible de prédire quand cela se produira à nouveau.

En vue de répondre à la question posée ci-dessus, la Spaceguard Foundation a été créée en 1996, à l'initiative de l'Union Astronomique Internationale (UAI).  Cette fondation gère un réseau de surveillance du ciel pour détecter les objects géocroiseurs³, étudier leur trajectoire, et évaluer les risques pour la Terre. On notera aussi le projet Spacewatch, piloté par un groupe de l'Université d'Arizona (USA), qui consacre l'usage de deux télescopes (1,8 et 0.9 mètres de diamètre) à la surveillance du ciel et au suivi des géocroiseurs. Quant à la NASA (National Aeronautics and Space Administration), elle met également en place son propre programme, intitulé Near Earth Object Program, qui mobilise de nombreux moyens (techniques, financiers et humains) pour la surveillance de ces corps du système solaire qui pourraient un jour menacer notre planète, à partir d'observatoires au sol. Indépendamment des initiatives collectives menées par de grandes institutions, il faut aussi savoir que de multiples observatoires isolés, amateurs ou semi-professionnels, guettent le ciel et les menaces qu'il recèle. Actuellement, le voisinage de la Terre est surveillé avec une telle redondance que les risques de rater un astéroïde géocroiseur menaçant sont extrêmement faibles. Il faut aussi noter que tous ces programmes de surveillance communiquent continuellement leurs résultats à la communauté scientifique, ce qui permet de réhausser de manière significative le degré de fiabilité de cette surveillance. D'ici quelques années, on estime que tous les astéroïdes d'une taille supérieure à 100 mètres auront été répertoriés, et l'inventaire des objets de plus petite taille continuera à suivre son cours. Le plus gros problème concerne en fait les comètes, dont le réservoir est beaucoup plus lointain (périphérie du système solaire), et donc moins accessible à nos observatoires. Il n'est donc pas exclu que l'une d'elles puisse nous surprendre !

Une échelle de classification des risques, appelée échelle de Turin, graduée de 0 à 10, a été élaborée. Sur le diagramme ci-contre, les indices sur cette échelle sont indiqués en fonction de l'énergie cinétique de l'objet (notamment fonction de sa taille), et de la probabilité de collision, estimée sur base de l'étude de sa trajectoire. Cette trajectoire est influencée considérablement par les interactions gravitationnelles entre l'objet considéré et les astres du système solaire. Un niveau 10 sur cette échelle peut se rapprocher dangereusement de l'idée que l'on pourrait se faire de la Fin du Monde !

Les différents indices de cette échelle correspondent aux situations suivantes:

Parmi les géocroiseurs récemment suivis de près par les astronomes, on notera par exemple Apophis. Il s'agit d'un astéroïde d'environ 250 mètres de long qui devrait passer à proximité de la Terre le 13 avril 2029. Alors que lors de sa détection il constituait un candidat à risque pour la Terre (son niveau d'alerte avait été porté à 4, ce qui était sans précédent),  les dernières révisions de sa trajectoire interdisent toute collision avec notre planète, et il a donc été rétrogradé à un niveau d'alerte de 0.

Notons que la première conférence mondiale sur la défense planétaire, et en particulier sur la protection vis-à-vis des astéroïdes, a eu lieu à Grenade (Espagne) en avril 2009. D'autres conférences du même type seront organisées à l'avenir, afin de rassembler scientifiques et décideurs politiques, en vue de nous préparer aux menaces d'impact qui nous guetteront dans le futur.

Les explosions stellaires

Dans un inventaire des phénomènes astronomiques violents, susceptibles d'exercer une influence irrémédiable et spectaculaire sur leur environnement, nous ne pouvons pas négliger les explosions stellaires, parmi lesquelles figurent évidemment les célèbres supernovæ. Pour situer ces phénomènes dans leur contexte, quelques notions d'astrophysique stellaire s'imposent.

Les étoiles sont des astres qui ont la particularité de donner lieu, en leur sein, à des réactions de fusion nucléaire. Ces réactions ont essentiellement deux conséquences. Tout d'abord, elles affectent la composition des étoiles, les éléments les plus légers fusionnant pour donner naissance à des éléments plus lourds. Ensuite, ces réactions nucléaires libèrent de grandes quantités d'énergie, grâce auxquelles elles nous apparaissent si brillantes. Ces étoiles ne sont pas des objets figés. Elles évoluent, et leur évolution dépend de leur masse. Le Soleil, en tant qu'étoile de masse modeste, évolue différemment des étoiles les plus massives (10 à 100 fois la masse du Soleil). Ces dernières étoiles sont celles qui donnent lieu aux réactions nucléaires les plus avancées : leur noyau se transforme jusqu'à former du fer (et dans une certaine mesure du nickel). Au delà, les réactions de fusion nucléaire ne peuvent se prolonger sans apport d'énergie extérieure, et l'étoile subit alors de lourdes transformations qui la conduisent à sa fin. En effet, le noyau de cette étoile massive se contracte, alors que ses couches extérieures sont violemment expulsées : c'est l 'explosion en supernova ! Dans ce cas spécifique, on parlera même plus précisément de supernova à effondrement de cœur.

Ce phénomène s'accompagne toujours d'une libération d'énergie très importante qui se manifeste notamment par un flash lumineux très brillant. Par le passé, plusieurs de ces phénomènes ont été recensés. Par exemple, la supernova SN1054A résulte de l'explosion d'une étoile massive située à environ 6500 années-lumière. L'explosion lumineuse resta visible depuis la Terre, en plein jour, pendant près de 23 jours. Elle demeura visible à l'oeil nu en pleine nuit pendant environ 650 jours. Cet événement astronomique a été relaté par de nombreuses civilisations (chinois, japonais, perses...). Le résidu de cette explosion est maintenant connu sous le nom de Nébuleuse du Crabe (voir illustration ci-contre). Indépendamment de la lumière dite visible libérée par cette explosion, il faut savoir que d'autres rayonnements sont émis par une supernova : ultra-violets, rayons X, rayons gamma... Ces derniers sont capables d'influencer considérablement l'écosystème planétaire, s'ils sont suffisamment abondants, mais les estimations actuelles suggèrent que cela ne puisse pas atteindre une ampleur suffisante pour provoquer des cataclysmes radicaux.

Parmi les explosions d'étoiles massives, on distingue une catégorie particulière de phénomène découverte il y a plusieures années, mais dont le mécanisme n'est pas encore totalement élucidé : il s'agit des sursauts gamma. Ce phénomène se manifeste par une soudaine émission de rayonnement très énergétique (rayons gamma), pendant un intervalle de temps très court (rarement plus de quelques secondes), mais avec une intensité prodigieuse. Ce phénomène spectaculaire accompagne vraisemblablement l'effondrement du cœur d'une étoile extrêmement massive. Actuellement, on considère que cette émission très intense de haute énergie se manifeste sous la forme de jets (voir illustration ci-contre), dans la direction de l'axe de rotation de l'étoile. Par exemple, le satellite d'observation Integral (ESA), sensible aux rayons gamma, à lui seul en détecte en moyenne un par jour. Jusqu'à présent, les événements de ce type détectés par les observatoires spatiaux sont extra-galactiques, mais un tel événement au sein de notre Galaxie n'est pas à exclure.

Étant donné la violence de ce phénomène, on pourrait se demander ce qu'il adviendrait de la Terre si elle se trouvait à portée du faisceau destructeur d'un sursaut gamma. Des études récentes montrent qu'un tel événement survenant à une distance de moins de 10000 années-lumière aurait un effet dévastateur sur la biosphère. L'effet direct du bombardement de l'atmosphère terrestre par les rayonnements de haute énergie (rayons X et gamma) issus de ces explosions est la dissociation et l'ionisation de molécules. De plus, alors que ce rayonnement de haute énergie interragit avec l'atmosphère, il perd de l'énergie, et atteint le sol sous forme de rayonnement ultra-violet. La face de la Terre orientée vers le sursaut gamma se retrouve donc exposée de façon directe à une grande quantité de rayonnement ultra-violet. Cette exposition directe est très dangereuse pour les êtres vivants, et ce même si l'événement est de très courte durée.

Toutefois, cet effet n'est pas le plus destructeur, du moins sur le long terme. Comme cela a été dit plus haut, cette interaction du rayonnement de haute énergie avec l'atmosphère conduit à la dissociation des molécules : il s'agit essentiellement de diazote et de dioxygène.  Les atomes d'azote réagissent dans l'atmosphère avec les moélcules d'oxygène, pour former des oxydes d'azote, souvent désignés par la formule générale NOx (regroupant NO et NO₂). Ces oxydes sont des catalyseurs pour la destruction de l'ozone. Un effet important est donc la destruction de la couche d'ozone. En l'absence de cette barrière protectrice d'ozone, la surface de la planète est particulièrement vulnérable au rayonnement ultra-violet issu, cette fois, du Soleil. Ici, l'effet est nettement plus prolongé, car les NOx persisteront plusieurs années : ce qui amplifie le caractère destructeur de la catastrophe. Il faut de nombreuses années pour que la couche d'ozone soit restaurée, ce qui laisse au rayonnement ultra-violet le temps de faire son œuvre. Sur une telle durée, les vents dominants et la diffusion vont propager les effets atmosphériques du sursaut gamma à la totalité de la planète. De plus, les oxydes d'azote présents en abondance dans l'atmosphère provoqueront des pluies acides également nuisibles aux espèces tant animales que végétales.

Enfin, un dernier effet, et non des moindres, est à considérer. Le dioxyde d'azote, sous forme d'un gaz brunâtre, absorbe très efficacement le rayonnement visible. Par conséquent, cette couche de molécules opacifiera l'atmosphère vis-à-vis de la lumière du Soleil, mais sans pour autant bloquer le rayonnement ultra-violet. La Terre sera donc plongée dans l'obscurité, tout en étant irradiée par les UV ! Cette obscurité conduira inévitablement à un refroidissement global de la Terre, avec tout ce que cela peut impliquer pour les espèces vivantes.

L'extinction de l'Ordovicien qui a eu lieu il y a environ 440 millions d'années pourrait avoir été causée par un sursaut gamma. Les relevés géologiques attestent en effet d'un refroidissement global du climat à cette époque. Il existe aussi des indices qui suggèrent que de nombreuses extinctions d'espèces ont eu lieu avant que le refroidissement global de la fin de l'Ordovicien se mette en place. Ceci suggère clairement qu'un événement précurseur au refroidissement s'était produit, et l'irradiation UV consécutive au sursaut gamma est un bon candidat. On note aussi que les espèces qui ont été les plus touchées sont celles qui a priori auraient pu être les plus exposées au rayonnement UV, alors que des espèces occupant des habitats protégés (profondeurs océaniques, par exemple) ont davantage été préservées. Des études supplémentaires sont toutefois en cours afin de préciser cet argument, car d'autres causes d'extinction pourraient également conduire à un résultat similaire, du moins jusqu'à un certain point.

Enfin, notons qu'un autre type d'explosion stellaire mérite a priori d'être envisagé. Il s'agit de gigantesques explosions se produisant à la surface d'une étoile de type naine blanche⁴. Lorsque une naine blanche fait partie d'un système binaire, autrement dit un couple d'étoiles en orbite autour de leur centre de masse commun, sa partenaire peut transférer de la matière qui va s'accumuler à la surface de la naine blanche, après avoir tourbilloné autour d'elle en formant ce que l'on appelle un disque d'accrétion (voir illustration ci-contre). Cette accumulation peut durer de nombreuses années, et quand une masse critique de matière est atteinte en surface, une explosion thermonucléaire se produit, libérant également de grandes quantités d'énergie dans le milieu interstellaire. En raison de la similitude de ce phénomène avec celui des supernovæ discutées plus haut, on leur a d'abord attribué le même nom. Mais quand on a réalisé que le phénomène avait une origine différente, on l'a différencié sous le nom de supernova thermonucléaire.

Quel est le risque qu'une explosion stellaire dévaste notre planète ?

Tout d'abord, il faut savoir qu'une explosion de l'ampleur d'un sursaut gamma ne peut se produire qu'à partir d'une étoile suffisamment massive, et ces étoiles sont aussi les plus rares. Par conséquent, la probabilité qu'une telle étoile se situe à proximité du système solaire est relativement faible. Pour donner une idée, on estime que dans le cas des sursauts gamma, la distance de sécurité est d'environ 8 à 10 mille années-lumière. Cette échelle de distance est illustrée dans la figure ci-contre, dans laquelle un cercle d'un rayon d'environ 8000 années-lumière représente la zone de danger des sursauts-gamma, centrée sur la position du Soleil. Pour fixer les idées, le rayon du disque galactique est d'environ 50000 années-lumière.

Cette grande zone de danger englobe a priori de nombreuses candidates : a priori, des centaines ! Mais encore faut-il que ces étoiles donnent lieu à un sursaut-gamma, ce qui n'est pas le cas de toutes les étoiles massives. On connaît encore trop peu ce phénomène pour déterminer avec précision si une étoile donnera lieu à ce phénomène ou non. De plus, étant donné que le danger réside essentiellement dans le faisceau relativement étroit de ces explosions, un tel événement dans notre voisinage galactique ne garantit pas qu'une catastrophe aura lieu sur Terre.

On pourrait par contre parler de fréquence de sursaut gamma: autrement dit, discuter de l'intervalle de temps qui, en moyenne, sépare deux sursauts gamma, dans un volume donné de la galaxie. Selon les estimations actuelles, et en fonction des hypothèses adoptées, cette fréquence pourrait être de l'ordre d'un événement toutes les quelques centaines de millions d'années au sein de la zone de danger. Non seulement ce chiffre admet que cela se soit produit dans la zone de danger durant la période où les extinctions de masse ont eu lieu, mais cela suggère également que cela puisse à nouveau se produire. Si cela arrivait, nous ne disposerions a priori d'aucun moyen d'action pour nous protéger !

En ce qui concerne les supernovae à effondrement de cœur (donc liées aux étoiles massives), les candidates les plus proches pour une future explosion sont également situées à une distance qui dépasse le rayon de la zone de danger, dont le rayon vaut au plus une centaine d'années-lumière  (dans le cas le plus pessimiste). En effet, les étoiles suffisamment massives les plus proches sont à quelques centaines d'années-lumière de la Terre, donc trop loin pour nous menacer. Pour les supernovae thermonucléaires, en revanche, nous ne sommes a priori par réellement à l'abri. Les astres susceptibles d'être responsables de telles explosions sont de masse nettement plus modeste que pour les supernovae à effondrement de cœur, et de telles étoiles sont plus abondantes. Encore faut-il qu'un tel système binaire comprenant une naine blanche soit présent à une distance suffisamment courte pour nous inquiéter.

Le mot de la Fin     

Notre inventaire des causes possibles de Fin du Monde nous a emmenés de notre voisinage planétaire à notre banlieue Galactique, en démontrant que les risques de cataclysmes d'origine céleste sont certes peu probables, mais suffisamment plausibles pour ne pas être négligés.

Toutefois, quoi qu'il arrive dans les centaines de millions d'années à venir, la Fin du Monde aura bien lieu. Il ne s'agit pas ici d'une prophétie ou d'une annonce accrocheuse reposant sur une superstition quelconque. Il s'agit d'une prédiction formulée sur base d'arguments scientifiques forts, reposant sur le patrimoine de connaissances édifié par des générations de femmes et d'hommes qui étudient l'Univers et ce qu'il contient. Cette prédiction est implacable et irréfutable : « un jour, notre Soleil mourra et notre Monde connaîtra sa Fin ». L'hydrogène qui brûle en son centre sera épuisé, et son atmosphère se déploiera vraisemblablement jusque l'orbite terrestre, englobant par conséquent la partie interne du système solaire, y compris la Terre. Et quand bien même la Terre échapperait à cet avalement titanesque en s'éloignant quelque peu du Soleil comme le prédisent certaines théories, sa surface serait stérilisée sous l'influence dévastatrice du rayonnement solaire.  Une fin dramatique, s'il en est ! Mais ne terminons pas cet exposé sur une note négative, et rassurons les esprits : cette Fin est programmée, certes, mais elle n'aura lieu que dans environ 5 milliards d'années.

Alors, la Fin du Monde sera-t-elle d'origine astronomique ?

Oui, sans doute, lorsque le Soleil cessera d'exister sous sa forme actuelle.

Et d'ici là ?

Seul l'avenir nous le dira...