Du plutonium tombé d’une collision d’étoiles à neutrons : 100 atomes dans une croûte du Pacifique racontent un cauchemar vieux de 100 millions d’années

Une croûte minérale arrachée au fond du Pacifique, grossie millimètre par millimètre pendant des millions d’années, et au cœur de ce dépôt, quelques centaines d’atomes d’un plutonium rarissime. On les croit volontiers nés dans nos réacteurs ou nos essais nucléaires. Sauf que celui-là, le plutonium-244, est tombé du ciel, et il vient d’une catastrophe cosmique survenue il y a plus de 100 millions d’années. C’est la conclusion d’une étude publiée le 15 juin 2026 dans Nature Astronomy, qui a su retrouver un atome de ce plutonium caché dans dix sextillions d’autres.

Une archive cosmique au fond de l’eau

Tout commence par un caillou peu spectaculaire. Les croûtes ferromanganèses tapissent les fonds marins par centaines à milliers de mètres de profondeur, et elles grandissent avec une lenteur extrême, absorbant au passage la poussière qui leur tombe dessus. Y compris, parfois, des atomes radioactifs venus de l’espace. Pour les scientifiques, ces croûtes valent de l’or : ce sont des archives où la géologie a soigneusement classé, couche après couche, les retombées du cosmos. Restait à savoir lire les plus discrètes d’entre elles.

L’équipe, menée par le centre allemand Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf avec des laboratoires de Sydney et de Canberra, est allée chercher dans un kilo de croûte du Pacifique la trace du plutonium-244. Ce noyau-là ne se forme pas n’importe comment. Il naît du processus r, pour capture rapide de neutrons : en une fraction de seconde, un noyau avale une avalanche de neutrons avant de se transformer, et c’est ainsi que se fabriquent l’or, l’uranium et les éléments les plus lourds de l’Univers. Notre or et notre plutonium ne se sont donc pas créés dans une étoile tranquille, mais dans des cataclysmes. Les conditions nécessaires sont si extrêmes qu’elles n’existent que dans la fusion de deux étoiles à neutrons ou dans des supernovae hors normes, mille à dix mille fois plus rares que les explosions stellaires ordinaires.

Détecter 100 atomes : le tour de force

Voilà le cœur du polar de laboratoire. Trouver le plutonium-244, c’est repérer une aiguille non pas dans une botte de foin, mais dans la grange entière : un atome de ce plutonium pour dix sextillions d’atomes ordinaires. La sensibilité atteinte fait tourner la tête. « Il nous suffit de 100 atomes de plutonium dans l’échantillon final pour en capter un dans le détecteur. Ce niveau est unique au monde », résume Michael Hotchkis, qui pilote l’instrument VEGA de l’organisme australien ANSTO. C’est aujourd’hui le seul appareil capable de débusquer des traces aussi infimes. Mieux : les chercheurs ont pour la première fois découpé l’échantillon en fines tranches, chacune ne contenant que quelques atomes, pour suivre le dépôt couche par couche.

Cette précision change tout. Elle ne donne pas seulement un oui ou un non, elle donne un rythme. Et c’est ce rythme qui va trahir l’âge de l’événement.

L’atome qui manque, et qui sert d’horloge

Pour dater, l’équipe s’est appuyée sur deux noyaux jumeaux, tous deux nés du processus r, mais qui ne vieillissent pas à la même vitesse. Le plutonium-244 a une demi-vie d’environ 80 millions d’années, le curium-247 d’environ 15,6 millions d’années seulement. Le second s’efface donc beaucoup plus vite que le premier. Si l’événement était récent, on devrait retrouver les deux. Or, malgré la sensibilité record, aucune trace de curium cosmique n’a été repérée. Le silence du curium devient une horloge : il a eu le temps de disparaître, ce qui place la dernière catastrophe à plus de 100 millions d’années. Un peu comme les confins du Système solaire que chaque indice repousse encore plus loin, ici c’est une absence qui fixe la date.

L’autre indice est tout aussi parlant. Le fer-60, lui, est la signature claire des supernovae proches. Son profil dessine nettement deux explosions survenues il y a quelques millions d’années dans notre voisinage. Mais le plutonium ne calque pas ce profil : il est arrivé de façon continue, étalé sur des millions d’années, comme un voile dispersé dans le milieu interstellaire. « Iron-60 trace clairement les supernovae conventionnelles, donc nous avons comparé les deux », explique le chercheur Dominik Koll. Conclusion : le plutonium ne peut pas venir d’une explosion stellaire récente. Il porte la marque d’un événement bien plus ancien et bien plus violent.

Que faire de ce verdict ? Il replace notre coin de galaxie dans une histoire longue. Une partie de l’or de nos alliances, de l’uranium de nos centrales et de ce plutonium des abysses a probablement été forgée lors d’une fusion d’étoiles à neutrons, dont deux exemplaires ont d’ailleurs été repérés ces dernières années par leurs ondes gravitationnelles, mais loin de notre galaxie. L’équipe a aussi pu écarter une explication concurrente, parfois avancée, d’une collision entre le Système solaire et un nuage interstellaire dense. La prochaine étape se jouera ailleurs que dans les océans : des échantillons lunaires rapportés par la NASA devraient affiner le portrait de cette pluie venue d’étoiles mortes. La même quête d’archives qui anime les grands relevés du ciel, mais lue cette fois dans la poussière, atome par atome.

Questions courantes

D’où vient le plutonium trouvé au fond du Pacifique ?
De l’espace, et non de l’activité humaine. Ce plutonium-244 a été fabriqué par le processus r, lors d’une fusion d’étoiles à neutrons ou d’une supernova hors norme, puis dispersé dans le milieu interstellaire avant de retomber sur Terre.

Comment dater un événement vieux de 100 millions d’années avec des atomes ?
En comparant deux noyaux issus du même processus mais de demi-vies différentes : le plutonium-244 (environ 80 millions d’années) et le curium-247 (environ 15,6 millions d’années). L’absence totale de curium signifie qu’il a eu le temps de disparaître, ce qui situe l’événement à plus de 100 millions d’années.

Pourquoi écarter une supernova récente ?
Parce que le fer-60, signature des supernovae proches, dessine deux explosions récentes que le plutonium ne suit pas. Le plutonium est arrivé de manière continue et ancienne, sans coïncider avec ces explosions.

Combien d’atomes a-t-il fallu détecter ?
L’instrument le plus sensible au monde n’a besoin que de 100 atomes de plutonium dans l’échantillon final pour en capter un seul, alors qu’un atome de ce plutonium se cache dans environ dix sextillions d’autres atomes.

Article créé en collaboration avec l’IA.