Quelle taille aurait le cratère d’un astéroïde ?

Un trou dans le désert de l’Arizona

En roulant vers l’est depuis Flagstaff sur l’Interstate 40, on voit un rebord bas s’élever du désert plat. Montez jusqu’au bord : le sol plonge dans une cuvette de 1,2 km de large et d’environ 170 m de profondeur. Pendant des années, on s’est demandé si un volcan l’avait creusée. En 1960, Eugene Shoemaker et ses collègues y ont trouvé de la coésite, une forme de quartz qui n’apparaît que sous des pressions bien supérieures à tout ce qu’un volcan peut produire. Le trou a été creusé par un morceau de fer tombé de l’espace il y a environ 50 000 ans.

Le plus étonnant, c’est la petite taille de ce morceau. Collins, Melosh et Marcus, dont l’article de 2005 sert de base à cette exposition, prennent un corps de fer de 40 m comme exemple pour Meteor Crater. Un rocher de la taille d’une grande maison a laissé un trou trente fois plus large que lui. Ici, vous choisissez le rocher et vous voyez où part son énergie : dans l’air, dans un éclair de chaleur, dans une onde de choc et dans le sol.

Utiliser le modèle

Choisissez une taille de 4 m à 20 km, une matière, une vitesse au sommet de l’atmosphère et un angle par rapport au sol. Choisissez aussi ce qu’il percute : une roche cristalline comme le granite, une roche sédimentaire litée ou un océan de 4 km de fond. Appuyez sur « Relâcher » : le rocher traverse les 100 km d’air les plus bas et tombe sur un disque de paysage. Le disque s’agrandit ou rétrécit selon l’événement : un bolide comme celui de Tcheliabinsk est montré sur une carte de 20 km de rayon, un impact comme Chicxulub sur une carte de 1000 km de rayon. Les hauteurs sont étirées pour qu’un cratère de quelques centaines de mètres de profondeur reste visible ; le cadran en haut à gauche indique de combien.

Sous l’exposition se trouve une liste d’événements réels, 30 en tout. En choisir un fait tomber un rocher ayant la taille, la vitesse, l’angle et le sol de cet événement. Il y a aussi une carte. Choisissez votre ville : les cercles du rocher en cours sont tracés autour d’elle, avec la distance et la direction de chaque cas de la liste.

Pourquoi la vitesse compte plus que la taille

Tout part de l’énergie cinétique : la moitié de la masse multipliée par le carré de la vitesse. Prenons un astéroïde rocheux de 100 m. Ce type de roche a une densité d’environ 2700 kg/m³, si bien que la boule pèse environ 1,4 milliard de kg. À 20 km/s,

E = ½ × 1,41×10⁹ kg × (20 000 m/s)² = 2,8×10¹⁷ J

Cela fait environ 68 mégatonnes de TNT. Doubler la taille multiplie la masse, et donc l’énergie, par huit. Doubler la vitesse multiplie l’énergie par quatre.

Un astéroïde ne peut pas frapper la Terre à moins d’environ 11 km/s, la vitesse que gagne n’importe quel objet simplement en tombant vers elle depuis très loin. Le maximum, pour une comète arrivant de face, est d’environ 72 km/s. Le curseur de vitesse couvre toute cette plage. La plupart des géocroiseurs arrivent vers 17 à 20 km/s.

À 20 km/s, l’air est un mur

L’air semble léger, mais à ces vitesses il frappe l’avant du rocher comme un marteau. La pression sur la face avant vaut à peu près la densité de l’air multipliée par le carré de la vitesse. À 60 km d’altitude, l’air du modèle est environ 1/1800 aussi dense qu’au niveau de la mer, et pourtant, à 20 km/s, cela donne encore environ 0,2 MPa. C’est déjà la résistance que Collins et ses collègues attribuent à un corps rocheux (leur formule la fixe à 0,22 MPa). Les petits astéroïdes sont fragiles parce qu’ils sont pleins de fissures : le rocher se brise donc très haut dans le ciel.

La suite dépend de la taille. Après la fragmentation, les morceaux continuent d’avancer ensemble mais s’étalent sur les côtés comme une crêpe. Un nuage plus large rencontre plus d’air et ralentit plus vite. Si le nuage s’étale jusqu’à environ sept fois sa largeur initiale avant d’atteindre le sol, l’article considère que toute son énergie est libérée à cette altitude. C’est une explosion aérienne. Le graphique en bas à droite de la scène montre la vitesse qui diminue avec l’altitude pour le rocher que vous avez lâché.

La matière change tout. Le fer est environ trois fois plus dense que la pierre et bien plus résistant : un corps de fer de 40 m tient jusqu’à 17 km et atteint le sol à environ 10 km/s. Une pierre de même taille explose à 12 km et ne laisse aucun cratère. La glace de comète, à 1000 kg/m³, est la plus fragile des quatre matières ; un corps glacé de 100 m explose vers 6 km.

Explosions aériennes : Tcheliabinsk et Toungouska

Le 15 février 2013, un rocher de 17 à 20 m environ est arrivé au-dessus du sud de l’Oural à 18,6 km/s sur une trajectoire rasante. Pendant un instant, il a brillé plus que le Soleil. Les capteurs du gouvernement américain ont placé le pic de luminosité à 23,3 km et l’énergie à environ 440 kilotonnes. Une ou deux minutes plus tard, l’onde de choc a atteint Tcheliabinsk et brisé des vitres dans toute la ville ; plus de 1500 personnes ont été blessées, surtout par des éclats de verre (le groupe d’étude des petits corps de la NASA en compte plus de 1600).

Avec ces valeurs, l’exposition donne une explosion à 33 km avec 490 kt. L’énergie est proche ; l’altitude est plus haute que celle vue par les capteurs, car le modèle traite le rocher comme un seul corps doté d’une seule résistance, alors que le vrai s’est brisé en plusieurs étapes.

Toungouska, le 30 juin 1908, était plus gros : un corps de 40 à 100 m environ (les pages de la NASA donnent à la fois environ 40 m et 50 à 100 m) a explosé à quelques kilomètres au-dessus de la forêt sibérienne et couché les arbres sur environ 2150 km². Il n’y a pas de cratère, ce qui a déconcerté la première expédition, en 1927. Si vous lâchez une pierre de 60 m à 20 km/s sous 45°, le modèle la fait exploser vers 6 km, et le cercle bleu, où les maisons à ossature bois s’effondreraient, atteint 12 km.

Comment se calcule la taille du cratère

Un rocher qui atteint le sol ne perce pas un trou à sa taille. Il s’arrête en une ou deux fois son propre diamètre, et presque toute son énergie devient une onde de choc dans le sol. Le choc repousse la roche vers le bas et vers l’extérieur et ouvre une cuvette appelée cratère transitoire. Collins et ses collègues utilisent une loi d’échelle ajustée sur des expériences et des cratères d’explosion :

D = 1,161 × (ρi/ρt)^(1/3) × L^0,78 × v^0,44 × g^(−0,22) × sin^(1/3)θ

Ici, ρi et ρt sont les densités du rocher et du sol, L le diamètre du rocher, v la vitesse au sol, g la gravité et θ l’angle. Les exposants sont inférieurs à un. Un rocher deux fois plus large fait un cratère 1,7 fois plus large, et une vitesse doublée ne l’élargit que de 36 %.

Le cratère transitoire ne dure pas. Ses parois raides glissent vers l’intérieur. Sur Terre, une cuvette jusqu’à environ 3,2 km reste un cratère simple : le rebord s’élargit d’un quart et une lentille de roche brisée remplit la moitié du fond. Meteor Crater en est l’exemple classique. Au-delà, le fond rebondit vers le haut, comme l’eau après la chute d’une pierre, et les parois s’effondrent en terrasses. Le résultat est un cratère complexe, large et peu profond, souvent avec un pic central ou un anneau de pics. La pierre de 400 m du modèle fait un cratère complexe de 6,4 km de large et d’environ 700 m de profondeur seulement.

La chaleur et l’onde de choc dans l’air

Au-delà d’environ 15 km/s, un impact sur la terre ferme vaporise une partie du rocher et du sol, et la vapeur chaude gonfle en boule de feu. L’article donne son rayon comme 0,002 fois la racine cubique de l’énergie en joules, soit environ 5 km pour le rocher de 400 m. Une partie de cette énergie part sous forme de lumière. Le cercle jaune marque jusqu’où la chaleur suffirait à causer des brûlures du deuxième degré sur la peau nue.

L’onde de choc dans l’air est calculée à partir de données d’essais nucléaires mises à l’échelle selon l’énergie. Le cercle bleu correspond à 26,8 kPa de surpression, où les maisons à ossature bois s’effondrent presque entièrement. Le bleu clair correspond à 6,9 kPa, où les vitres se brisent. Ces cercles sont tracés sans colline pour faire obstacle et sans tenir compte de la courbure de la Terre pour le choc : ils donnent une limite haute, pas une prévision.

En mer

Environ sept dixièmes de la surface sont océaniques, donc la plupart des rochers tombent dans l’eau. Pour un rocher qui tombe, l’eau est comme une couche d’air très épaisse : elle le freine fortement. Le modèle ouvre une cavité dans l’eau avec la même loi d’échelle, puis calcule la vitesse que garde le rocher en route vers le fond. Une pierre de 400 m dans 4 km d’eau ouvre un trou de 8,4 km de large mais d’environ 3 km de profondeur seulement, et ne laisse qu’une petite marque sur le fond. Un rocher de 10 km traverse directement jusqu’au fond. L’impact d’Eltanin, il y a 2,5 millions d’années dans l’océan Austral, a laissé des débris de météorite dans la vase du fond, mais personne n’a trouvé de cratère.

Le modèle ne calcule pas les tsunamis. Leur hauteur dépend de la forme de la côte et du fond marin, et l’article n’en donne qu’une estimation grossière.

Chicxulub et la fin des dinosaures

En 1980, Luis et Walter Alvarez et leur équipe ont décrit une fine couche riche en iridium, un métal rare dans la croûte mais courant dans les météorites, à la limite entre les roches du Crétacé et du Paléogène en Italie. Ils ont proposé qu’un astéroïde d’environ 10 km avait frappé il y a 66 millions d’années. En 1991, Alan Hildebrand et ses collègues ont montré qu’un anneau enfoui d’environ 180 km sous la péninsule du Yucatán, repéré d’abord lors de prospections pétrolières, était le cratère.

Collins et ses collègues prennent une pierre de 18 km à 20 km/s sous 45° comme exemple de la taille de Chicxulub, et le modèle donne 186 km. Une étude de 2020 de Collins et d’autres, qui a confronté des modèles numériques à la forme enfouie du cratère, a trouvé l’angle le plus probable entre 45 et 60°. Choisissez Chicxulub dans la liste pour lâcher ce cas.

Le cratère coréen de Hapcheon

Les rizières de Jeokjung et Chogye, à Hapcheon (province du Gyeongsang du Sud), occupent un bassin rond d’environ 7 km de large. En 2020, l’Institut coréen des géosciences et des ressources minérales (KIGAM) a foré 142 m dans le fond du bassin et trouvé des cônes de percussion et du quartz à éléments de déformation planaires, deux signes que seul un impact laisse. L’équipe a estimé un corps d’environ 200 m et un âge d’environ 50 000 ans d’après le charbon de bois contenu dans la vase lacustre au-dessus de la roche brisée. Une étude de 2023 sur une deuxième carotte a utilisé des nucléides cosmogéniques et trouvé que les couches du bas ont environ 1,3 million d’années : l’âge reste donc discuté.

Avec ce modèle, un cratère de 7 km demande une pierre d’environ 400 m à 20 km/s sous 55°. L’écart avec les 200 m du KIGAM montre à quel point ces estimations sont lâches. La taille du cratère croît lentement avec celle du rocher : un petit changement de largeur du cratère ou de loi d’échelle donne un grand changement pour le rocher.

Défense planétaire : ce qu’a montré DART

L’essentiel du danger est connu d’avance. La NASA et d’autres agences ont trouvé la grande majorité des géocroiseurs de plus de 1 km, et aucun n’est sur une trajectoire qui frapperait la Terre au cours du prochain siècle. Les cibles les plus difficiles sont les rochers de 100 à 300 m, assez gros pour détruire une région mais assez peu lumineux pour passer inaperçus.

Le 26 septembre 2022, la sonde DART de la NASA, d’environ 580 kg, a percuté Dimorphos à 6,1 km/s. Dimorphos est une petite lune d’environ 150 m qui tourne autour d’un astéroïde plus grand, Didymos, en 11 heures 55 minutes. Aucun des deux ne menace la Terre, ce qui en faisait un essai sans risque. Des télescopes terrestres ont chronométré l’orbite de la petite lune avant et après : elle avait raccourci de 33 minutes, à une minute près. La poussée a été 3,6 fois plus forte que la quantité de mouvement de la sonde elle-même, parce que la roche projetée depuis le point d’impact a reculé dans l’autre sens, comme les gaz d’une fusée.

Ce chiffre compte pour la préparation. Une petite poussée précoce suffit : un changement de vitesse de quelques millimètres par seconde, fait des années à l’avance, se traduit par des milliers de kilomètres quand le rocher revient. Choisissez Dimorphos dans la liste pour voir ce que ferait un corps de cette taille s’il frappait vraiment. Apophis, d’environ 340 m, passera à environ 32 000 km au-dessus de la surface le 13 avril 2029, plus près que certains satellites météorologiques ; la NASA a exclu tout impact pendant au moins cent ans. Bennu, échantillonné par OSIRIS-REx, a environ 1 chance sur 1750 de frapper la Terre avant l’an 2300.

Exemple chiffré : une roche de 1 km à 20 km/s

Prenons une boule rocheuse de 1 km de diamètre, une taille autour de laquelle la NASA et d’autres agences ont fixé leurs objectifs de recensement. Dans l’exposition, on la choisit près du haut du curseur de taille. Voici le calcul que le modèle fait en premier.

Le volume d’une sphère est π/6 × d³, donc π/6 × (1000 m)³ = 5,24×10⁸ m³. À 2700 kg/m³, cela donne une masse de 1,41×10¹² kg, soit environ 1,4 milliard de tonnes. À 20 km/s,

E = ½ × 1,41×10¹² kg × (20 000 m/s)² = 2,8×10²⁰ J

Divisez par 4,184×10¹⁵ J par mégatonne et vous obtenez environ 68 000 Mt de TNT. À titre de comparaison, cela fait environ 150 000 événements comme celui de Tcheliabinsk (440 kt chacun), ou environ 1400 fois la bombe d’essai soviétique de 50 Mt, la plus grosse jamais explosée. Si la roche est dix fois plus large que l’exemple de 100 m vu plus haut, l’énergie est multipliée par mille, de 68 Mt à 68 000 Mt, et rien ne change dans le calcul sauf le cube.

Deux choses méritent attention. D’abord, la même roche en fer (l’exposition prend 8000 kg/m³) porterait près de trois fois plus d’énergie, environ 200 000 Mt, parce qu’elle est près de trois fois plus lourde. Ensuite, le modèle traite une roche de cette taille comme trop grosse pour que l’air la ralentisse ou la brise : elle arrive à pleine vitesse. L’énergie va dans le sol et dans l’air au point d’impact, pas dans une explosion en altitude.

Une règle pratique pour la largeur du cratère

Si l’on applique la formule du cratère ci-dessus à cette roche sur un sol cristallin (2750 kg/m³, gravité de 9,81 m/s², 45°), le cratère transitoire fait environ 10,6 km de large. C’est déjà au-dessus de la limite de 3,2 km des cratères simples ; la correction de l’article pour les cratères complexes s’applique donc, et la cuvette finale mesure environ 14,5 km. La roche faisait 1 km : le cratère est environ 14 fois plus large.

Ce rapport n’est pas une constante. Meteor Crater a un corps de fer de 40 m et une cuvette de 1,2 km, soit environ 30 fois. La roche de 18 km de Chicxulub et son cratère de 186 km donnent environ 10 fois. Les petites roches font des cratères relativement plus grands, car elles se perdent dans l’exposant 0,78 de la formule : la cuvette grandit moins vite que la roche. Une estimation rapide utile : le cratère fait de 10 à 20 fois la largeur de la roche, pour des roches de 200 m à 20 km à des vitesses courantes, et davantage pour les très petites et denses. Prenez-la comme une réponse à un facteur deux près, pas comme une prévision.

Pour la vérifier sur la scène, réglez Diamètre sur 1 km, Matière sur Roche, 2700 kg/m³, Vitesse d’entrée sur 20 km/s, Angle d’entrée sur 45° et Sol sur Roche cristalline, puis comparez l’affichage Cratère final avec ces chiffres. L’affichage et le calcul concordent à quelques pour cent près, puisqu’ils utilisent les mêmes équations.

Échelles d’alerte : Turin et ce que disent les chiffres

Deux échelles servent à parler du danger des astéroïdes, et elles ne mesurent pas la même chose. L’échelle de Turin, adoptée par l’Union astronomique internationale en 1999, est un entier de 0 à 10 qui combine la probabilité d’un impact et les dégâts qu’il causerait, afin que le public n’entende qu’un seul nombre par objet. Le niveau 0 signifie que la probabilité de collision est nulle ou si faible qu’elle équivaut à zéro. Les niveaux 1 et 2 concernent des objets qui méritent l’attention des astronomes mais pas du public ; la description de la NASA précise que de nouvelles observations les ramèneront très probablement à 0. Le niveau 3 est un passage proche avec au moins 1% de chances d’une collision capable de destructions localisées, et le niveau 4 la même probabilité pour une dévastation régionale. Les niveaux 8 à 10 signifient que la collision est certaine : destructions localisées au 8, régionales au 9, catastrophe mondiale au 10.

L’échelle de Palerme est un second nombre, plus technique, qui compare le risque d’un objet au risque de fond de toutes les roches de cette taille ou plus grosses pendant le temps restant avant la rencontre. Les spécialistes s’en servent pour classer les objets trop bas pour figurer sur l’échelle de Turin.

Toutes deux dépendent de deux chiffres. L’un est l’énergie, que montre cette exposition et qui fixe ce que ferait un impact. L’autre est la probabilité d’impact, que l’exposition ne calcule pas : elle vient des mesures de l’orbite au télescope et tombe en général à zéro quand de nouvelles observations réduisent l’incertitude. Le système Sentry de la NASA liste les objets qu’on ne peut pas encore écarter et le met à jour automatiquement.

Idées reçues

« Les astéroïdes brûlent dans l’atmosphère, donc seuls les énormes comptent. » Les roches de moins de 10 m environ le font en général. Celles de 20 m et plus arrivent avec assez d’énergie pour produire une onde de choc destructrice, comme l’a montré Tcheliabinsk, et l’échauffement n’est qu’une petite part de l’énergie. Ce qui brise la roche, c’est la pression de l’air sur sa face avant.

« Une explosion aérienne est inoffensive puisqu’il n’y a pas de cratère. » Les dégâts viennent de l’onde de choc. Toungouska n’a laissé aucun cratère et a pourtant couché environ 2150 km² de forêt, une surface plus grande que le Grand Londres. Tcheliabinsk a blessé plus de 1500 personnes, surtout par des vitres brisées, avec une explosion à environ 23 km d’altitude.

« Un grand cratère signifie un gros astéroïde. » Seulement de façon lâche. La largeur croît comme la taille de la roche à la puissance 0,78 et comme sa vitesse à la puissance 0,44 ; une roche lente et petite et une roche rapide et plus petite peuvent donc laisser des cratères de largeur voisine. Ajoutez l’angle inconnu et le type de sol : un seul cratère s’accorde avec toute une gamme de roches, comme le montre l’exemple de Hapcheon.

« On n’aurait aucun préavis. » La plupart des gros objets sont connus à l’avance, et un impact sur une trajectoire connue serait vu des années, voire des décennies avant. La vraie lacune se situe entre 100 et 300 m, et chez les comètes, qui arrivent plus vite et avec moins de préavis.

« DART a écarté l’astéroïde, donc le problème est réglé. » DART a montré qu’une sonde peut modifier de 33 minutes l’orbite d’une lune de 150 m. C’est une preuve de principe sur une cible choisie pour être sans danger. Dévier une roche plus grosse et plus difficile à trouver demande plus de préavis, une sonde plus lourde, ou les deux.

À essayer sur la scène

Les commandes ci-dessous portent le nom qu’elles ont sur la scène : Diamètre, Matière, Vitesse d’entrée, Angle d’entrée et Sol. Les chiffres cités ont été calculés avec le modèle même de l’exposition.

1. Gardez Matière, Vitesse d’entrée et Angle d’entrée fixes et doublez à peu près le Diamètre. L’affichage Énergie devrait monter d’environ 8 fois, et Cratère final d’environ 1,7 fois seulement.
2. Réglez Diamètre sur 100 m, Matière sur Roche, 2700 kg/m³, et faites passer la Vitesse d’entrée de 11 à 20 km/s. L’énergie est multipliée par environ 3,3. L’affichage Dans l’air donne l’altitude de fragmentation, environ 50 km à 11 km/s et environ 60 km à 20 km/s. Cette roche n’éclate pas en l’air ; elle atteint le sol à environ 3,6 km/s et 6,1 km/s.
3. Réglez Diamètre sur 60 m à 20 km/s et comparez Roche, 2700 kg/m³ avec Fer, 8000 kg/m³. La roche donne une explosion aérienne à environ 5,7 km. Le fer atteint le sol à environ 15,9 km/s et creuse un cratère.
4. Appuyez sur Tcheliabinsk dans la liste des impacts réels, puis sur Toungouska. Comparez les affichages Maisons effondrées et l’anneau bleu, et notez combien celui de Toungouska est plus grand alors qu’il n’a laissé aucun cratère.
5. Appuyez sur Chicxulub, puis choisissez votre ville sur la carte. Les anneaux de cette roche sont tracés autour de la ville, avec la distance et la direction vers chaque cas de la liste.
6. Lâchez une roche de 400 m avec Sol sur Océan, 4 km de fond, puis avec Sol sur Roche cristalline, et comparez les affichages Cratère final. L’affichage indique cratère dans l’eau pour la mer et donne une taille de cratère pour la terre.

Ce que le modèle laisse de côté

Le modèle suit les équations de l’article, et l’exposition se vérifie sur ses exemples chiffrés : le corps de fer de 40 m, une pierre de 1,75 km et la pierre de 18 km retrouvent les tailles de cratère publiées à quelques pour cent près. Certaines choses sont plus simples que dans la réalité.

• Le rocher est une seule sphère dotée d’une seule résistance. Les vrais astéroïdes sont souvent des tas de débris peu compacts.
• Le paysage est inventé, ce n’est pas un vrai relief, et le choc et la chaleur se propagent sur un sol plat.
• La forme des cratères est dessinée à partir du diamètre et de la profondeur de l’article ; les parois et les pics centraux sont une représentation, pas un calcul.
• Le modèle d’entrée de l’article ne s’applique qu’en dessous de 1 km, donc les rochers plus gros arrivent à pleine vitesse.
• L’océan n’a qu’une profondeur (4 km), et le modèle ne compte un cratère sur le fond que si la cavité dans l’eau atteint le fond.
• Séismes, épaisseur des éjectas, tsunamis et effets sur le climat ne sont pas calculés.

Un cratère en sept phases

La chronologie permet de parcourir un impact, et la ligne « Phase » du tableau nomme chaque étape avec son temps dans le modèle. Avant l’impact, le compte à rebours défile : le rocher traverse les derniers 100 km d’air en quelques secondes, durée calculée à partir de la même courbe de vitesse que le graphique. Le contact et la compression durent à peu près le temps qu’il faut au rocher pour parcourir son propre diamètre, soit quelques millièmes de seconde pour un corps de 40 m. L’onde de choc creuse ensuite le cratère transitoire, une cuvette environ 2,8 fois plus large que profonde. Le modèle estime le temps d’excavation à environ 0,8 × √(D/g), où D est le diamètre transitoire et g la gravité. Sur Terre, un rocher de 1 km à 20 km/s met ainsi environ 26 secondes à creuser sa cuvette.

La suite dépend de la taille. Une petite cuvette garde sa forme, mais les débris glissent le long des parois et s’accumulent sur le fond en une lentille de roche brisée, la lentille de brèche. Une grande cuvette ne peut se soutenir : les parois s’effondrent en terrasses et le fond rebondit en un pic central ou, dans les plus grands cratères, en un anneau de pics. Pendant la phase d’effondrement, le relief passe de la profonde cuvette transitoire au cratère final, plus large et plus plat. Le fond neuf luit pendant que la roche fondue refroidit. Le réglage de vitesse permet de ralentir l’ensemble au dixième de la vitesse normale.

Voir à l’intérieur : la coupe

Activez la coupe pour retirer la moitié avant du relief le long d’une ligne passant par le point d’impact. La face coupée montre les couches de roche avec la même exagération verticale que la surface. Sous un cratère simple, les couches s’incurvent vers le bas et la lentille de brèche comble l’espace entre le fond final et la première cuvette creusée. À Meteor Crater, cette lentille est à peu près aussi épaisse que le cratère visible est profond. Sous un cratère complexe, les couches sont soulevées au centre. Les études de terrain évaluent ce soulèvement structural à environ un dixième du diamètre final. Le demi-cercle moucheté sous le point d’impact signale la roche que l’onde de choc a comprimée assez fortement pour modifier ses minéraux. Le quartz choqué et la coésite qu’on y trouve permettent aux géologues de confirmer qu’un bassin circulaire vient d’un impact et non d’un volcan. La coupe représente ces zones aux dimensions du modèle ; ce n’est pas le relevé d’un cratère réel.

Sol, région et globe

Les trois boutons en bas à gauche changent l’échelle. « Sol » affiche le relief adapté au cratère et aux cercles les plus proches. « Région » élargit la carte, de 20 km jusqu’à 2000 km, pour contenir le cercle des vitres brisées et la couverture d’éjectas. La portée affichée des éjectas correspond à l’endroit où l’épaisseur des roches projetées tombe à environ un millimètre. L’article donne cette épaisseur par D⁴ / (112 r³), où D est le diamètre du cratère transitoire et r la distance. « Globe » remplace le relief local par la Terre entière. Chaque cratère du catalogue est un repère coloré selon son âge, et les cercles de l’impact choisi se dessinent sur la surface courbe. Un impact de la taille de Chicxulub dépose encore un millimètre de débris à plus de 4000 km, tandis que son cercle de vitres brisées couvre une grande partie de la planète. Touchez un repère pour reconstituer son cratère.

Le catalogue des cratères

Le catalogue rassemble 96 structures d’impact confirmées, de la fosse de Carancas au Pérou, large de 13,5 m, à la structure de Vredefort en Afrique du Sud, de 160 km. Les noms, positions, diamètres au rebord et âges viennent de l’Earth Impact Database tenue par le Planetary and Space Science Centre de l’Université du Nouveau-Brunswick, dans la copie publiée par le centre spatial Johnson de la NASA. Hapcheon suit l’article de 2021 qui l’a décrit pour la première fois. Les âges sont repris tels quels : certains sont précis à quelques centaines de milliers d’années, d’autres ne donnent qu’une limite supérieure ou inférieure. « Reconstituer » fait fonctionner le modèle à l’envers. Il cherche le diamètre du rocher dont le cratère final correspond au diamètre indiqué, avec de la roche à 20 km/s et 45°. Pour les cratères de moins de 1,5 km, il utilise du fer, car les petits corps rocheux se fragmentent dans l’air. Cette taille est une valeur du modèle. Le véritable projectile pouvait être plus rapide, plus lent ou arriver sous un angle plus raide. L’érosion a effacé les rebords des vieux cratères : le diamètre indiqué n’est donc pas toujours celui d’origine.

Les objets géocroiseurs

La seconde liste réunit 29 astéroïdes connus passant près de la Terre, dont Apophis, Bennu, le couple Didymos et Dimorphos visité par DART, et 2024 YR4. Les diamètres viennent de la Small-Body Database du JPL. Faute de mesure, la taille est estimée à partir de la luminosité avec une réflectivité usuelle de 0,14 ; la fiche le précise. Le passage affiché est le plus proche entre 1900 et 2200 dans les données de rapprochement du JPL. La vitesse loin de la Terre n’est pas la vitesse d’impact : en tombant vers elle, le corps gagne de l’énergie sous l’effet de la gravité terrestre. La vitesse d’impact vaut donc √(v∞² + 11,2²) km/s. Apophis, à 7,4 km/s par rapport à la Terre, frapperait à environ 13,4 km/s. Aucun de ces objets n’a de trajectoire de collision connue. Le bouton montre les conséquences d’un impact de cette taille, pas une prévision.

La Lune et Mars

Le choix de l’astre permet de lâcher le même rocher sur la Lune ou sur Mars. La gravité g intervient à la puissance −0,22 dans l’équation du cratère. Sur la Lune, où elle vaut un sixième de celle de la Terre, le cratère transitoire est donc environ 1,49 fois plus large. Sans air pour ralentir ou fragmenter le rocher, ni souffle atmosphérique, le tableau n’y affiche aucun cercle de boule de feu, de brûlures ou de souffle. À la surface de Mars, l’air est environ soixante fois moins dense que sur Terre. Il freine les petits rochers, mais bien moins que notre atmosphère. La transition entre cratères simples et complexes change aussi avec la gravité : environ 3,2 km sur Terre, 7 km sur Mars et 15 km sur la Lune. C’est pourquoi les cratères lunaires de 10 km restent de belles cuvettes.

Dévier un rocher

La ligne « Essai de déviation » du tableau calcule de combien une petite poussée déplace le point d’arrivée. Une variation de vitesse Δv dans le sens de l’orbite, appliquée un temps t avant la rencontre, décale ce point d’environ 3 Δv t : à chaque tour, le rocher prend un peu plus d’avance ou de retard sur son ancienne position. Un centimètre par seconde, dix ans avant, le déplace d’environ 9500 km, soit à peu près une fois et demie le rayon terrestre. Pour éviter entièrement la Terre, le décalage doit dépasser son rayon augmenté par la focalisation gravitationnelle, plus grande pour les corps lents. Pour épargner une ville, il suffit de sortir de son cercle d’effondrement des maisons. DART a montré qu’une sonde pouvait modifier le mouvement d’un astéroïde : son impact de 2022 a raccourci la période de Dimorphos autour de Didymos d’environ 32 minutes. Le défi demande combien de temps à l’avance il faudrait agir pour écarter de Séoul un rocher de la taille d’Apophis.