Deux grains de poussière, plus fins qu’un cheveu, retenaient un ingrédient que la physique n’aurait jamais dû leur laisser garder. L’équipe de Toru Matsumoto, de l’université de Kyoto, vient de publier dans Nature Astronomy l’analyse de ces échantillons prélevés sur l’astéroïde Ryugu par la mission japonaise Hayabusa2. À l’intérieur : de l’ammonium piégé dans des minéraux argileux, des molécules portant des liaisons carbone-azote, et des cristaux de nitrate de sodium. De l’azote fixé dans la roche, alors que ce gaz devrait normalement s’échapper dans le vide spatial plutôt que se figer dans un cristal.

Le paradoxe mérite qu’on s’y attarde. L’azote est un ingrédient clé des biomolécules qui forment les briques du vivant, mais en tant que gaz non lié, il a beaucoup plus tendance à dériver dans l’espace qu’à se verrouiller dans des composés solides. Autant dire qu’il est difficile à tracer sur des milliards de kilomètres et des milliards d’années. Trouver sa signature intacte dans deux grains de poussière, ramenés sur Terre en décembre 2020 après un voyage de plusieurs années, relève presque de l’exploit analytique.

Sommaire

1. Deux grains, trois familles de composés azotés
2. Pourquoi cet azote n’aurait jamais dû tenir
3. Ryugu, Ceres, la comète 67P : un même scénario ailleurs dans le système solaire

Deux grains, trois familles de composés azotés

L’équipe de Matsumoto a examiné deux minuscules grains de l’échantillon de Ryugu en combinant spectroscopie infrarouge, spectroscopie de rayons X et microscopie électronique. Ce n’est pas un choix anodin : ces techniques étaient assez sensibles pour identifier des liaisons chimiques individuelles et cartographier précisément où elles se situent dans la roche. Une précision à l’échelle du nanomètre, pour des grains eux-mêmes invisibles à l’œil nu.

Le résultat confirme ce que les chercheurs espéraient sans en être certains. Ils ont découvert plusieurs formes de composés azotés : de l’ammonium piégé à l’intérieur de minéraux argileux, des molécules contenant des liaisons carbone-azote, et des cristaux de nitrate de sodium. Trois signatures chimiques différentes, retrouvées côte à côte dans un même grain de roche extraterrestre. La version plus détaillée du résumé scientifique confirme cette triple identification, en précisant que ces phyllosilicates ammoniés, ces espèces porteuses de liaisons C≡N et ce nitrate de sodium sont tous spatialement associés au carbonate de sodium.

Pourquoi cet azote n’aurait jamais dû tenir

Ce voisinage avec le carbonate de sodium n’est pas un détail cosmétique. Ce minéral est connu pour se former en dernier, lorsque l’eau salée de l’astéroïde a fini par geler ou s’évaporer. L’azote ne s’est pas figé d’un coup, au moment de la formation de Ryugu. Il a suivi le même chemin que l’eau, jusqu’au bout du processus.

L’agencement suggère que ces composés azotés ont survécu pendant des millions d’années pendant que l’eau circulait à travers le corps parent de Ryugu, en devenant de plus en plus concentrés à mesure que l’eau disparaissait. Trois mots résument le mécanisme : concentration par évaporation. Un peu comme du sel qui se dépose au fond d’un marais salant, sauf qu’ici le solvant s’appelait de l’eau primitive du système solaire, et que le résidu final abrite l’un des piliers chimiques de la vie.

Ce n’est pas la première fois que le nom de Matsumoto est associé à l’azote de Ryugu. En 2023, la même équipe kyotoïte avait déjà repéré du nitrure de fer à la surface des grains, une trace suggérant que des micrométéorites venues du système solaire externe avaient pu apporter de l’azote lors d’impacts. Cette nouvelle étude change d’échelle : elle ne regarde plus l’azote arrivé de l’extérieur, mais celui qui s’est transformé et concentré à l’intérieur même de la roche, au fil d’une chimie aqueuse patiente.

Ryugu, Ceres, la comète 67P : un même scénario ailleurs dans le système solaire

Ryugu n’est pas un cas isolé. Des composés azotés, en particulier de l’ammoniac, ont déjà été repérés sur la planète naine Cérès et sur plusieurs astéroïdes riches en carbone, ce qui esquisse un scénario commun à toute une famille de corps primitifs du système solaire. Des sels d’ammonium très solubles, similaires à ceux détectés sur la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko, semblent avoir servi de point de départ à cette chimie avant de se transformer, sous l’effet de l’eau, en phyllosilicates ammoniés plus stables.

Des grains comparables, riches en ammonium, ont même été identifiés à la fois dans les échantillons de Ryugu et dans ceux de Bennu, l’astéroïde rapporté par la mission américaine OSIRIS-REx, ce qui renforce l’idée d’un mécanisme générique plutôt que d’une anomalie propre à un seul caillou spatial.

Reste une question que l’étude ne tranche pas complètement : cet azote fixé dans la roche a-t-il vraiment contribué à ensemencer la Terre primitive en éléments prébiotiques, ou s’agit-il d’une simple curiosité minéralogique sans descendance terrestre ? Les 5,4 grammes de poussière ramenés par Hayabusa2, ouverts dans le désert australien de Woomera fin 2020, continuent d’être disséqués gramme par gramme, grain par grain. À ce rythme, les deux échantillons de Matsumoto ne seront sans doute pas les derniers à livrer des surprises chimiques enfouies depuis 4,6 milliards d’années.

Sources : ias.universite-paris-saclay.fr | pmc.ncbi.nlm.nih.gov