vignette|Représentation d'artiste d'un astéroïde tombant sur la Terre. Un impact cosmique est la collision entre deux ou plusieurs objets célestes provoquant des effets notables. Dans la majorité des cas un petit corps du système solaire, astéroïde ou comète, entre en collision avec une planète, telle que la Terre. La fréquence des impacts cosmiques dans le système solaire a varié en fonction de l'époque : très fréquents durant la formation du système solaire il y a d'années, ils se sont progressivement raréfiés au fur et à mesure que le nombre de corps célestes en circulation diminuait. Selon une théorie généralement admise, les impacts cosmiques se sont à nouveau multipliés il y a environ d'années au cours de l'épisode baptisé grand bombardement tardif à la suite d'une modification de l'orbite des planètes externes dont la planète Jupiter. Cette dernière a contribué par la suite à faire chuter la fréquence des impacts en capturant grâce à son champ gravitationnel particulièrement important un grand nombre des petits corps célestes qui subsistaient.
Les impacts cosmiques ont sans doute joué un rôle à la fois important et positif dans la formation de la Terre et indirectement dans l'émergence de l'espèce humaine. Parmi les théories admises par la communauté scientifique, la collision de la Terre et de l'objet céleste qui a donné naissance à la Lune serait à l'origine d'un changement de la composition de la croûte terrestre qui aurait elle-même permis l'apparition de la tectonique des plaques. On attribue également la formation des océans à l'impact de comètes. Enfin certaines extinctions massives d'espèces, dont celle des dinosaures qui a permis l'émergence des mammifères en tant qu'espèces dominantes, ont été attribuées à un impact cosmique.
Les cratères créés par les impacts cosmiques, notamment à la surface de la Terre ou de la Lune, n'ont été reconnus que tardivement, au début des années 1960, car on leur supposait auparavant une origine volcanique. Sur Terre la fréquence des impacts d'objets célestes de petite taille est importante mais les collisions avec des astéroïdes susceptibles de bouleverser la surface de la planète sont rares : environ un objet d'un diamètre de tous les , un astéroïde de tous les demi-millions d'années. Les trajectoires des astéroïdes géocroiseurs, c'est-à-dire susceptibles de percuter la Terre du fait de leur orbite, sont en cours d'inventaire.
Définition À une échelle géologique les collisions au sein du système solaire entre planètes et d'autres objets célestes massifs sont fréquentes. La plupart des corps du système solaire, lorsqu'ils ont une surface solideCe qui exclut les planètes géantes gazeuses., sont recouverts de cratères, résultant de ces collisions. Sur Terre peu de cratères sont visibles parce que les processus géologiques tels que l'érosion, le volcanisme et la tectonique des plaques, ont effacé les traces les plus visibles. Pourtant la Terre comme les autres corps a subi une phase de bombardement intense qui s'est achevée il y d'années (le grand bombardement tardif) et qui se poursuit aujourd'hui à un rythme beaucoup plus lent. Les plus petits des objets célestes sont interceptés par l'atmosphère terrestre.
Les impacts cosmiques et la Terre Caractéristiques des objets entrant en collision avec la Terre Les impacts provoquant des dégâts significatifs à l'échelle d'une région terrestre ou plus sont produits par des objets célestes d'un diamètre supérieur à . Les plus gros peuvent dépasser . Ils sont d'une densité de 0,5 à 1 (comète), 1 à 3 (astéroïde de type chondrite) voire 8 (astéroïde métallique). Ils pénètrent dans l'atmosphère terrestre à une vitesse relative par rapport à la Terre comprise entre et . Ils atteignent alors au maximum , soit qu'ils soient accélérés par la planète, soit qu'ils soient ralentis par son atmosphère. La vitesse maximale de est atteinte par un objet en orbite autour du Soleil lorsqu'il percute la Terre, compte tenu du fait que la Terre circule elle-même à . C'est ainsi la vitesse d'impact d'une comète venue des confins du Système solaire et circulant sur une orbite rétrograde (dans le sens contraire de celui de la Terre) : si v est la vitesse orbitale de la comète (avec pour limite supérieure la vitesse de libération solaire, soit ), la vitesse à l'impact (en km/s) est égale à v + 30 + 11.
Parmi les objets géocroiseurs, les astéroïdes sont beaucoup plus nombreux que les comètes. Ces dernières ne représenteraient qu'environ 1 % du total toutefois on estime que cette proportion est beaucoup plus forte parmi les impacteurs les plus grands. Les astéroïdes proviennent de la ceinture des astéroïdes. La majorité des objets de la ceinture ne sont pas considérés comme dangereux, car leur orbite est confinée entre Mars et Jupiter. Toutefois ils peuvent éventuellement changer d’orbite après avoir frôlé une autre planète et devenir des astéroïdes géocroiseurs. Ceux-ci ont une durée de vie de quelques millions d’années et finissent soit par terminer leur course dans le Soleil, soit par être éjectés du système solaire, soit, plus rarement, par entrer en collision avec la Terre. On estime que 2 à 10 % des astéroïdes sont de composition métallique (densité = 8) les autres étant formés de roches (densité = 1,5 à 3).
Fréquence des impacts Chaque jour une multitude de petits débris pénètrent dans l'atmosphère et sont détruits par la chaleur générée par leur rentrée dans l'atmosphère (visibles pour certains d'entre eux sous forme d'étoiles filantes). Les objets composés de roches (c'est le cas de la majorité des astéroïdes) de moins de de diamètre sont généralement détruits avant d'atteindre le sol et seuls quelques débris touchent celui-ci. Si on a affaire à un astéroïde métallique, beaucoup plus rare, les débris qui touchent le sol sont de taille beaucoup plus importante..
Il est difficile de déterminer la fréquence des collisions susceptibles de causer des dommages significatifs sur Terre car ils sont très rares à l'échelle d'une vie humaine. Au cours du millénaire écoulé, il n'y a aucun témoignage direct relatant la mort d'une personne tuée par un tel événement. Pour déterminer la fréquence des collisions, les scientifiques s'appuient donc sur les traces extrêmement bien préservées laissées par les impacts à la surface de la Lune, sur les cratères d'impact identifiés à la surface de la Terre ainsi que sur les collisions documentées au cours des derniers siècles. La taille des impacteurs est déduite de celle des cratères en s'appuyant sur des simulations réalisées en laboratoire.
+Fréquence des collisions d'objets géocroiseurs avec la Terre (source Toon 1997 : ) Diamètre de l'impacteur Intervalle moyenentre deux collisions Intervalle moyenentre deux passages àl'intérieur de l'orbite lunaire Énergie libéréeMillions de tonneséquivalent TNT (Mt) Impacts les plus récents (2019) 0,5 an 5 ans Tcheliabinsk (2013), Mer de Béring (2018) 30 ans 200 ans Toungouska (1908) 0,5 an 3 ans 20 ans 90 ans années 600 ans années années Chicxulub ( années)
Il y a une relation inverse entre la taille des corps qui viennent heurter une planète et leur fréquence. L'analyse des cratères d'impact qui constellent la surface de la Lune a permis de déterminer que la fréquence des collisions décroissait comme le cube du diamètre du cratère résultant de l'impact lui-même généralement proportionnel à la taille du corps céleste. Des objets ayant un diamètre entre 5 et entrent en collision avec la Terre en moyenne une fois par an. Tous les mille ans, des astéroïdes d'environ produisent des explosions comparables à celle observée dans la Toungouska en 1908. Le rythme d’impact pour des objets d’au moins de diamètre est estimé à 2 par million d’années.
La fréquence des impacts terrestres peut être appréciée à travers celle d'un passage à l'intérieur de l'orbite lunaire, c'est-à-dire dans la « proche banlieue » terrestre. L'orbite de la Lune a un demi-grand axe de , tandis que la Terre a un rayon moyen de , soit moins. La surface de la cible que représente l'orbite lunaire est donc plus grande que la cible terrestre : si un astéroïde de de diamètre passe en deçà de l'orbite lunaire tous les , on peut s'attendre à un impact tous les .
Énergie dégagée par l'impact
Les conséquences d'une collision d'un objet géocroiseur avec la Terre sont proportionnelles à l'énergie libérée durant l'impact. Celle-ci découle directement de l'énergie cinétique de l'impacteur qui se calcule par la formule suivante : si d est sa densité (en ), v sa vitesse (en m/s) et D son diamètre (en m), l'énergie cinétique est donnée, en joules, par E= d × D × v.
En fonction de la densité des astéroïdes (comprise entre ) et des comètes () et de la vitesse des astéroïdes (12 à ) et des comètes (30 à ), l'impacteur libère entre 4 et plus d'énergie qu'une masse équivalente de TNT : d'impacteur libère une énergie équivalente à 4 à de TNT. Un astéroïde de de diamètre dégage l'équivalent d'environ de TNT. L'événement de la Toungouska (1908) attribué à un astéroïde de de diamètre a libéré une énergie de de TNT, soit la puissance de la bombe atomique ayant frappé Hiroshima.
En dessous d'un diamètre de les astéroïdes rocheux et les comètes libèrent une grande partie de leur énergie dans l'atmosphère. Au-dessous de la totalité de l'énergie est dissipée dans l'atmosphère et l'énergie produite par l'impact à la surface devient nulle. Pour les astéroïdes métalliques, qui résistent mieux aux forces de traînée, l'énergie dissipée à l'impact est proportionnellement plus grande. Pour les grands impacteurs, l'énergie est pratiquement entièrement libérée à l'impact.
Déroulement d'une collision avec la Terre La collision d'un objet céleste avec la Terre débute lorsque celui-ci pénètre dans l'atmosphère terrestre. Sa trajectoire, dans le cas des gros impacteurs, suit une ligne droite dont la pente vers la surface est déterminée uniquement par l'angle d'incidence au moment où l'objet a abordé l'atmosphère : la traversée de l'atmosphère est d'autant plus longue que l'angle d'incidence est grand. Toutes les incidences sont observées : de l'incidence rasante (proche de 0°) à l'incidence normale (90°) qui conduit à une trajectoire très courte vers la surface. L'incidence moyenne est de 45°. Pour les astéroïdes de petite taille cette trajectoire est influencée par la pesanteur terrestre et la chute très importante de la vitesse initiale. Dans les couches supérieures de l'atmosphère l'impacteur est seulement freiné car la densité de l'air est faible. Durant cette phase les météoroïdes (objets de très petite taille) sont complètement vaporisés. Plus l'impacteur s'enfonce dans l'atmosphère, plus la densité de celle-ci augmente et la pression sur la face avant de l'objet augmente. La force qui s'exerce peut alors dépasser la solidité de l'impacteur qui se fragmente. Cette fragmentation se déroule souvent en plusieurs étapes car l'impacteur est constitué de matériaux hétérogènes caractérisés par des résistances différentes. Ce processus de fragmentation, qui ne concerne généralement pas les objets de plus de de diamètre, est très mal modélisé. Les différents fragments suivent des trajectoires divergentes. Si les fragments se dispersent fortement, l'énergie est complètement dispersée dans l'atmosphère sous forme d'explosions et leur vitesse chute complètement avant d'atteindre le sol et aucun cratère ne se forme. Si les fragments restent groupés, ils atteignent le sol avec une grande partie de leur énergie initiale et ils pénètrent dans le sol en formant autant de cratères.
Les très grosses météorites ne se désintègrent pas et conservent leur vitesse cosmique : elles traversent l'atmosphère en quelques secondes et à l'arrivée au sol, elles libèrent presque toute leur énergie cinétique initiale.
Formation du cratère d'impact