la tentative des scientifiques de découvrir le passé profond de notre système solaire

Une équipe de scientifiques belgo-néerlandais a créé la toute première “carte au trésor” qui montre où les météorites de l’Antarctique sont susceptibles de se trouver. Les météorites sont des morceaux de matériau ressemblant à de la pierre qui peuvent être trouvés à la surface de la Terre après être tombés de l’espace.

Contrairement aux roches terrestres, les météorites ont été épargnées par les intempéries et le volcanisme de notre planète et sont donc considérées comme des archives inestimables des premières étapes de notre système solaire. Alors que les roches ne nous disent rien sur le premier demi-milliard d’années de l’existence de 4,55 milliards d’années de notre planète, la plupart des météorites de la ceinture d’astéroïdes nous permettent de remonter jusqu’à 4,6 milliards d’années. La grande majorité des météorites enregistrées en Antarctique proviennent de la ceinture d’astéroïdes, dont environ 1 % proviennent de la Lune et de Mars.

Météorites en Antarctique

Des météorites tombent régulièrement à la surface de la Terre : en France environ 50 météorites pesant plus de 10g pleuvent chaque année. Cependant, les épingler revient à chercher une aiguille dans une botte de foin, et les scientifiques des campagnes de récupération de météorites reviennent souvent les mains vides.

En revanche, il est étonnamment facile de retrouver des météorites dans le lointain pôle Sud. Ceci est dû à un principe connu sous le nom de mécanisme de concentrationoù des écoulements glaciaires et des modèles météorologiques spécifiques conduisent les météorites à se regrouper dans des zones plutôt petites connues sous le nom de zones d’échouage de météorites.

Les observations satellitaires sur des facteurs tels que la vitesse d’écoulement de la glace ou la température de surface aident les scientifiques à prédire quelles zones de glace bleue contiennent des météorites.
Véronique Tollenaar

Lorsque des météorites tombent sur l’Antarctique, elles se logent généralement dans la calotte glaciaire et dérivent vers les océans. Cela a conduit certains à décrire la glace comme un « tapis roulant naturel » pour les météorites. Parfois, des montagnes – parfois cachées sous la calotte glaciaire – peuvent venir sur leur chemin et les rediriger vers la surface de la calotte glaciaire.

Les météorites se trouvent toujours à la surface des zones où le vent a dépoussiéré la neige, laissant une glace teintée de bleu exposée. Ces zones sont connues sous le nom de zones de glace bleue. Bien que des météorites soient toujours enregistrées dans ces zones, toutes n’en contiennent pas.

Une fois qu’une zone de glace bleue riche en météorites a été identifiée, il est relativement simple de repérer les pierres de couleur sombre contre les teintes claires de la glace. Le succès des recherches de météorites en Antarctique est sans précédent : plus de 60 % des météorites récupérées sur Terre se trouvent dans la calotte glaciaire de l’Antarctique. Et le potentiel reste largement inexploité : à ce jour, seule une partie de toutes les zones de glace bleue de l’Antarctique a été contrôlée pour les météorites, avec plus ou moins de succès.

Déterminer où chercher

Pour déterminer où rechercher des météorites, nous devons d’abord comprendre ce qui différencie une zone de glace bleue riche en météorites d’une zone sans météorites. À cette fin, de nombreuses données sont disponibles : le lieu et l’année de découverte des météorites sont stockés dans une base de données spéciale de bulletin météoritique. Les scientifiques peuvent également accéder à des rapports de terrain détaillant certaines des missions météoritiques réussies et infructueuses qui ont été menées depuis la découverte du mécanisme de concentration en 1969.

Jusqu’à présent, décider où chercher était une tâche menée par un petit nombre d’experts. Cela signifie qu’il y a un énorme facteur humain impliqué dans les missions de récupération de météorites – et il n’est pas possible d’évaluer le potentiel de chaque zone sur un continent qui fait environ 25 fois la taille de la France. Pour aider à planifier des missions souvent coûteuses et compliquées sur le plan logistique, notre équipe a développé une carte qui montre les zones potentielles d’échouement de météorites.

Un scientifique recueille une météorite dans une zone de glace bleue. Expédition JARE-54 / BELARE 2012–2013 sur le champ de glace bleue de Nansen.

Du monde réel au monde observé

Pour faire une « carte au trésor » d’une météorite, nous avons dû traduire le monde réel en nombres observables. À cette fin, nous avons appliqué une grille de cellules mesurant 450 par 450 mètres sur les zones de glace bleue et leurs environs proches.

Dans les cas où des météorites ont été trouvées dans une cellule de la grille, la cellule de la grille est étiquetée comme “positive”. Les cellules de grille restantes ne sont pas étiquetées. Chaque cellule contient des informations tirées d’observations satellitaires et radar, notamment la température de surface, la vitesse d’écoulement de la glace, les types de couverture de surface ou la pente. Ces données nous permettent de prédire où nous pouvons trouver des météorites.

Apprentissage automatique pour des prédictions à l’échelle du continent

Une foule de données est introduite dans l’algorithme de prévision des météorites.
Veronica Tollenaar / ULB

L’apprentissage automatique et les modèles statistiques permettent de combiner ces différentes observations et de tenir compte d’éventuelles incertitudes liées aux données. Les performances de l’algorithme de prédiction sont optimisées à travers plusieurs itérations. Chaque fois, les prédictions de l’algorithme sont vérifiées par rapport à plusieurs zones connues pour abriter ou non des météorites.

Le travail de l’algorithme peut être divisé en plusieurs étapes. Tout d’abord, l’algorithme apprend ce qui constitue une cellule de grille positive ou non étiquetée typique. Après avoir appris les données relatives aux différentes cellules de grille, l’algorithme peut calculer la probabilité qu’une cellule de grille non étiquetée contienne ou non des météorites.

Les cellules de la grille qui contiennent potentiellement des météorites sont ensuite regroupées en zones d’échouage de météorites, avec des zones allant de quelques à des centaines de kilomètres carrés. Nos recherches montrent que la précision de ces zones d’échouement de météorites prévues est estimée à plus de 80 %.

L’analyse des zones prédites confirme que l’algorithme d’apprentissage automatique réussit à capturer l’interaction entre différents phénomènes. Alors que les opportunités de trouver des météorites abondent sur tout le continent, certaines zones proches des stations de recherche existantes restent inexplorées, ce qui rend une visite de reconnaissance très attrayante.

La “carte au trésor” annonce une nouvelle ère pour les recherches de météorites en Antarctique. En partageant nos recherches avec des collègues du monde entier, nous abordons la collecte de météorites comme un effort collaboratif à l’échelle de la communauté. En réponse, des scientifiques de pays aussi variés que la Corée, l’Inde, le Chili ou les États-Unis ont manifesté leur intérêt pour l’exploration des zones indiquées.

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