Un cratère d'impact est une dépression de forme plus ou moins circulaire issue de la collision d'un objet sur un autre de taille suffisamment grande pour qu'il ne soit pas complètement détruit par l'impact. Quand la dépression est beaucoup moins profonde que large, on parle d'un bassin d'impact.
L'expression est particulièrement utilisée en astronomie pour désigner la dépression résultant d'un impact cosmique, c'est-à-dire de la collision d'objets célestes (un astéroïde ou une comète) percutant la Terre, la Lune ou tout autre corps solide se mouvant dans l'espace et suffisamment gros pour que la puissance de l'impact ne cause pas sa destruction.
Plus particulièrement, on appelle astroblèmes les structures d'impact terrestres qui sont devenues plus ou moins facilement identifiables à cause de l'œuvre des différents agents d'érosion. Le cratère n'est qu'un des éléments constitutifs de l'astroblème.
Historique
Les cratères lunaires ont reçu différentes interprétations au cours des siècles : récif corallien, anneaux de glace selon la doctrine de la glace éternelle d'Hans Hörbiger, cyclonesBernard Nomblot, « Promenades sur la Lune : la croissante gibbeuse », émission sur Ciel et Espace Radio, 30 mai 2012, trous creusés par les sélénites selon Johannes Kepler, volcanisme selon l’Astronomie populaire de François Arago ou Camille FlammarionSylvain Bouley, planétologue à l'Université d'Orsay, « Planètes sous le feu des astéroïdes, cratères du Système solaire », cycle de conférences Le ciel va-t-il nous tomber sur la tête ?, Universcience, 3 novembre 2012..
En 1645, Langrenus publie une carte détaillant la topographie lunaire. Il est le premier à introduire pour la dénomination des taches de la Lune (les mers) et des cratères une nomenclature qui donne à ces éléments topographiques les noms de personnages célèbres, en l'occurrence des savants et des philosophes de l'Antiquité, du Moyen Âge et de son époque. Dans son ouvrage publié en 1651, le jésuite italien Giovanni Battista Riccioli développe de façon systématique la pratique introduite par Langrenus. Riccioli répartit les noms d'anciens dans l'hémisphère Nord, et de modernes dans l'hémisphère Sud (avec quelques exceptions), privilégiant les noms de ses confrères jésuites..
Le géologue et homme d'affaires américain Daniel Moreau Barringer se convainc de la preuve de l'existence sur Terre d'un cratère d'impact en 1902, en découvrant dans le Meteor Crater (Arizona) des petits morceaux de fer qu'il attribue à la chute d'une météorite de fer. Mais son hypothèse est peu acceptée par la communauté scientifique qui, à l'instar du géologue Walter Hermann Bucher, privilégie l'hypothèse de l'explosion volcanique, jusqu'aux travaux d'Eugene M. Shoemaker qui met en évidence en 1960 au niveau de Meteor Crater des cristaux de coésite révélateurs d'un fort impactisme..
Munis d'une meilleure connaissance des quartz choqués, Carlyle Smith Beals et ses collègues de l'Observatoire fédéral de Victoria, ainsi que Wolf von Engelhardt de l'Université Eberhard Karl de Tübingen commencent à la fin des années 1960 une recherche systématique des cratères d'impact, ils en identifient plus de 50 en 1970. Bien que leurs recherches soient controversées, le Programme Apollo fournit des preuves à l'appui en révélant le fort taux de cratérisation de la Lune, suggérant ainsi que la Terre a reçu également le Grand bombardement tardif mais que l'érosion a fait disparaître la majorité de ses cratères d'impact..
Terminologie L’étude des cratères générés par des impacts météoritiques nécessite l’utilisation d’un vocabulaire et de définitions propres à bien décrire leurs caractéristiques géométriques.
En 1998French B. M. (1998) Traces of Catastrophe: A Handbook of Shock-Metamorphic Effects in Terrestrial Meteorite Impact Structures., LPI Contribution No. 954, Lunar and Planetary Institute, Houston. 120 pp., puis en 2004E. P. Turtle, E. Pierazzo, G. S. Collins, G. R. Osinski, H. J. Melosh, J. V. Morgan, W. U. Reimold, and J. G. Spray: Impact structures : what does crater diameter mean?, Lunar & Planetary Science XXXV-1772 (2004)., des scientifiques ont posé les définitions principales qui décrivent les divers paramètres et formes des cratères d'impact. Ils encouragent fortement les personnes étudiant les impacts à employer la même terminologie. En 2005, une partie de ces auteurs a réalisé un programme de calcul des effets d’un impactG. S. Collins, H. J. Melosh, R. A. Marcus: Earth Impact Effects Program: A Web-based computer program for calculating the regional environmental consequences of a meteoroid impact on Earth, Meteoritics & Planetary Science 40, Nr 6, 817–840 (2005). apportant quelques retouches à ces définitions et en ajoutant de nouvelles. Ces définitions sont reproduites ici.
Terminologie officielle Les définitions (en gras) sont apportées dans le texte décrivant les différentes étapes de la formation du cratère. La traduction anglaise est mentionnée en italiques pour aider à la lecture des publications scientifiques souvent écrites dans cette langue.
Définitions des termes Lorsque la météorite arrive au sol, elle y pénètre rapidement en se vaporisant sous l’énorme énergie de l’impact. Le sol se comporte comme une matière élastique – à sa mesure – et s’enfonce profondément, tout en se vaporisant et en se fracturant. Au bout de quelques secondes, le trou parvient à sa dimension maximale, c'est le cratère transitoire (transient crater).
Ensuite, le sol reprend sa place, c'est le rebond (rebound). Il ne reste à la fin qu’un cratère final (final crater) dont la forme dépend du volume de sous-sol vaporisé et éjecté, de la compression résiduelle dans les roches, de la puissance du rebond, des glissements de terrain, des éboulements des parois et des retombées. Le cratère final mettra quelques semaines ou mois à se stabiliser avant que l’érosion ne l’entame.
C'est l'angle avec lequel la météorite percute le sol qui influe sur la circularité du cratère, et non la forme de la météorite. Plus l'angle est rasant, plus le cratère sera allongé, mais c'est en dessous d'un angle de 45° que l'allongement sera notable.
Aujourd’hui, la plupart des grands cratères ne sont visibles que sous leur forme érodée et l'on ne peut mesurer qu’un cratère apparent (apparent crater) dont la forme est plus ou moins visible selon le degré de l’érosion, des recharges en sédiments ou des mouvements du sous-sol.
Lors du rebond, et quand la taille du cratère est suffisante, le centre se soulève plus que les alentours, un peu comme une goutte d'eau. Il se forme un soulèvement central (central uplift) plus ou moins important qui peut remonter plus haut que le fond du cratère. Il se forme alors un pic central (central peak) plus ou moins prononcé.
La plupart des cratères d'impact sont quasi circulaires : même quand l'impacteur a un angle d'incidence important, le cratère résulte essentiellement des effets de l'énergie cinétique dissipée par l'impact, à l'instar de ceux créés par une explosion souterraine. Il existe cependant des cratères fortement elliptiques, créés par des impacteurs rasants de vitesse modérée, notamment sur la Lune et surtout sur Téthys et Dioné, deux satellites de Saturne.. Il existe aussi des cratères de forme polygonale, reflétant la préexistence de fractures dans le sous-sol ; des exemples sont connus sur Mercure, Vénus, la Terre (Meteor Crater), la Lune, Mars, Vesta, Cérès, Ganymède et Dioné..
vignette|Cratère simple, en forme de bol, avec des bords surélevés. Cratère complexe plus large avec un pic central, des terrasses et des dépôts.
Les cratères présentant un pic central sont appelés des cratères complexes (complex crater) en opposition aux cratères simples (simple crater) qui n'en possèdent pas. En pratique, sur Terre, les cratères dont le diamètre final fait moins de 3,2 kilomètres sont simples, au-delà, ils sont complexes (ce qui correspond à un diamètre transitoire d’environ 2,6 kilomètres).
La transition entre cratère simple et cratère complexe ne se fait pas brutalement. Entre le cratère simple dont la cavité est en forme de bol et le cratère complexe avec pic central, on trouve le cratère de transition (transition crater) dont la forme ressemble à un bol à fond plat.
Dans les très gros impacts, le pic central peut s’élever au-delà de sa hauteur de stabilité et retomber à nouveau, créant de fait un cratère à anneaux multiples (multi-ring crater) qui est une forme de cratère complexe. Le pic central est remplacé par une structure annulaire centrale plus ou moins prononcée, l'anneau central (peak ring).
Lorsque la météorite est suffisamment grosse pour percer la croûte et provoquer des épanchements magmatiques, on parle de bassin (basin) et non plus de cratère.
Autres termes On désigne sous le nom d'éjectas () les fragments de roches expulsés du lieu de l'impact, et plus souvent les structures qu'elles constituent autour du cratère. Formées généralement de traînées radiales, ces structures sont aussi qualifiées de structure rayonnée (). S'étendant au-delà du cratère, elles n'en font pas partie mais elles sont un élément constitutif de l'astroblème. Leur existence est éphémère sur Terre à cause de l'érosion qui en efface rapidement les traces. C'est sur la Lune et dans une moindre mesure sur Mars (toujours à cause de l'érosion) que ces structures sont les plus visibles.
Dimensions associées aux cratères d'impact Afin d'éviter toute confusion dans la terminologie, un groupe d'experts s'est réuni en 2004Turtle, E. P.; Pierazzo, E.; Collins, G. S.; Osinski, G. R.; Melosh, H. J.; Morgan, J. V.; Reimold, W. U.; Spray, J. G. Impact Structures: What Does Crater Diameter Mean?, Lunar and Planetary Science XXXV (2004). et a publié une définition officielle des dimensions principales associées aux cratères d'impact.
Diamètres Dtc = diamètre du cratère transitoire Le cratère transitoire a une forme intermédiaire entre un hémisphère et un paraboloïde de révolution. Le diamètre est mesuré théoriquement entre l’intersection des bords du trou avec la surface du sol avant l’impact. On fait donc abstraction du soulèvement du terrain autour du cratère.
Dsc = diamètre de transition simple-complexe Si le diamètre final Dfr est inférieur à Dsc alors le cratère est simple, sinon il est complexe. La valeur de Dsc varie d'une planète à l'autre et varie aussi en fonction de la nature du terrain ciblePike, R. J., Control of crater morphology by gravity and target type - Mars, earth, moon, Lunar and Planetary Science Conference, 11th, Houston, TX, March 17-21, 1980, Proceedings. Volume 3. (A82-22351 09-91) New York, Pergamon Press, 1980, p. 2159-2189. NASA-supported research..
Dtr = diamètre du cratère transitoire crête à crête.
Ici le diamètre est mesuré sur la crête des lèvres du bord du cratère. Ce n’est pas le diamètre de référence pour mesurer le cratère transitoire (on utilise plutôt Dtc). Cette grandeur est rarement utilisée.
Dfr = diamètre final crête à crête Pour un cratère simple, il s’agit du diamètre pris en haut des talus du bord du cratère (après que le cratère s'est stabilisé, mais avant l’action de l’érosion). Pour un cratère complexe, il s’agit du diamètre pris entre les bords (rim) les plus éloignés du centre.
Da = diamètre apparent
Diamètre du cratère mesuré dans le plan du sol avant l'impact. Il est complexe à mesurer, et souvent très imprécis dans le cas des cratères érodés. On tient compte pour le déterminer de l’extension des effets de l’impact visibles sur le terrain (brèches, cataclases), le sous-sol (failles, cristaux choqués, pseudotachylites, pendage des couches…), ou d’autres méthodes d’investigation (micro-gravimétrie, micro-magnétographie…), et enfin de l'érosion du terrain.
Dcp = diamètre du pic central