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Paris, 22 novembre 2001

Les collisions entre astéroïdes : en comprendre le processus grâce à la simulation

Lorsqu'un astéroïde de plusieurs centaines de kilomètres de diamètre subit une collision avec un autre corps, peut-il générer des fragments à la fois de grande taille et avec des vitesses suffisantes pour devenir distincts ? Le processus d'une collision entre gros astéroïdes, mettant en jeu à la fois la fragmentation et la gravitation, vient d'être simulé pour la première fois par Patrick Michel (Laboratoire Cassini - CNRS -Observatoire de la Côte d'Azur) et ses collaborateurs des Universités de Berne (Suisse) et du Maryland (USA). Les chercheurs ont développé des simulations qui reproduisent la formation des familles d'astéroïdes observées et expliquent la présence de satellites autour de certains d'entre eux. Ces travaux, qui devront être poursuivis, constituent déjà une avancée majeure dans la compréhension du processus collisionnel à ces échelles. Ils se révèlent par ailleurs essentiels pour estimer l'énergie d'impact qui permettrait de dévier, selon sa taille, un astéroïde en route vers la Terre. Les résultats de ces travaux sont publiés dans la revue Science du 23 Novembre 2001.

En simulant des impacts sur des astéroïdes de plusieurs centaines de kilomètres de diamètre à des vitesses typiques de 5 km/s, Patrick Michel et ses collaborateurs ont montré que l'astéroïde est d'abord totalement fragmenté en morceaux. Ensuite, l'attraction gravitationnelle entre ces morceaux conduit à des ré-accumulations pour finalement former une famille entière de gros et petits objets. Leurs résultats indiquent ainsi que tous les gros fragments doivent être des agrégats de petits fragments ré-accumulés, et que les collisions produisent de manière naturelle des satellites autour de certains de ces fragments. Dans la région située entre les orbites de Mars et de Jupiter, plus de 20 familles d'astéroïdes ont été observées, chacune correspondant à des groupes concentrés de petits corps partageant des propriétés physiques identiques. Ces familles sont ainsi chacune constituées d'objets issus d'un même corps parent détruit lors d'une collision avec un autre astéroïde. Des simulations de fragmentation avec des codes numériques sophistiqués, capables de reproduire en laboratoire les expériences à l'échelle centimétrique, ont été développées. Jusqu'à présent, celles-ci ne permettaient d'expliquer simultanément les propriétés dynamiques et les distributions des tailles (ou des masses) des membres des familles d'astéroïdes, mettant ainsi en doute notre compréhension du processus de collision à ces échelles. De plus, la simple extrapolation de ces expériences aux tailles kilométriques conduit à un paradoxe. Pour qu'une collision génère des corps de tailles aussi grandes que celles des membres des familles d'astéroïdes, les expériences aboutissent à des vitesses d'éjection si faible qu'aucun fragment ne s'échapperait de sa position initiale. En d'autres termes, le corps parent serait bien fragmenté, mais les fragments ne se disperseraient pas et aucune famille d'astéroïdes ne devrait exister. Inversement, pour que les fragments aient des vitesses d'éjection suffisantes pour former un groupe dispersé, l'énergie d'impact devrait être si élevée qu'aucun gros fragment ne pourrait être produit, contrairement à ce que les familles nous montrent. L'origine collisionnelle des familles d'astéroïdes implique donc non seulement que le corps parent de plusieurs centaines de kilomètres de diamètre se fragmente par propagation des fissures, mais aussi que les fragments ainsi produits s'échappent du parent puis se ré-accumulent ailleurs pour former des agrégats qui constitueront les plus gros membres des familles. Les travaux de Patrick Michel et son équipe ont consisté à simuler explicitement, la fragmentation d'un gros astéroïde en même temps que l'évolution, sous leur attraction mutuelle, des débris générés. Les chercheurs ont pour cela utilisé des codes numériques sophistiqués qu'ils ont développés, permettant de calculer la fragmentation d'une roche puis l'attraction gravitationnelle entre les centaines de milliers de fragments sur plusieurs jours. Ils ont alors étudié deux régimes d'impact, du plus faible au plus catastrophique, à l'origine de deux familles d'astéroïdes réelles bien identifiées. Leurs simulations ont reproduit avec succès les propriétés attendues, montrant typiquement que le corps parent est d'abord totalement brisé en petits fragments. Ensuite, l'interaction gravitationnelle entre ces fragments entraîne des ré-accumulations et conduit ainsi à la formation d'une famille de petits et gros objets bien distincts et composant des agrégats. De plus, des systèmes de satellites se forment autour de certains astéroïdes. La formation de satellites est donc un phénomène naturel et fréquent lors d'une collision, ce qui fournit une explication à l'existence de ceux que l'on observe et dont les découvertes ne cessent d'augmenter. Selon ces travaux, la plupart des astéroïdes de taille supérieure au kilomètre ne devraient donc pas être de purs solides monolithes. Il s'agirait plutôt d'agrégats de blocs rocheux, car ils sont en majorité issus de corps plus gros et détruits lors de collisions dans le passé. Bien que ces simulations reposent encore sur des hypothèses et sur de nombreux paramètres, dont cette équipe de chercheurs poursuivra l'exploration, cette nouvelle avancée dans la compréhension générale du phénomène collisionnel contribuera déjà à mieux affiner les modèles d'évolution des populations de petits corps. Elle devra finalement permettre d'estimer l'énergie d'impact susceptible de dévier un astéroïde en route vers la Terre.

Références :

Collisions and Gravitational Reaccumulation : Forming Asteroid Families and Satellites, Science daté du 23 Novembre 2001.

Contacts :

Contact chercheur :
Patrick MICHEL
Laboratoire Cassini (CNRS - Observatoire de la Côte d'Azur)
Tél : 04 92 00 30 55
Mél: michel@obs-nice.fr

Contact CNRS-INSU :
Philippe CHAUVIN
Tél. : 01 44 96 43 36 ;
Mél. : Philippe.Chauvin@cnrs-dir.fr

Contact presse :
Martine HASLER
Tél : 01 44 96 46 35.
Mél : martine.hasler@cnrs-dir.fr


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