Durée de vie des bâtiments sur d'autres astres

[Huckabees]

Bonjour,
Après avoir regardé la série "The Expanse" et suite à mon dernier sujet sur la durée de vie d'un vaisseau spatial, et je me suis posé une question du même ordre.
Supposons que nous construisons un bâtiment sur la lune ou sur mars et qu'on l'abandonne. Au bout de combien de temps les bâtiments tomberaient en ruine, voire finirait définitivement par se désagréger ?
Dans la série, même après plusieurs millions d'années, les structures sont toujours présentes (et fonctionnelles), alors que l'atmosphère est aussi dense que sur la Terre et cela me paraît peu probable rien que par l'effet de l'érosion due au vent.
Mais je me suis demandé sur la Lune où il n'y a ni atmosphère ni tectonique et sur Mars (atmosphère réduite et pas de tectonique) ? Et en l'absence de vie qui peut rapidement dégrader les bâtiments (comme on peut voir avec la végétation sur Terre).
Merci !
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[pm42]

Dans la série, même après plusieurs millions d'années, les structures sont toujours présentes (et fonctionnelles), alors que l'atmosphère est aussi dense que sur la Terre et cela me paraît peu probable rien que par l'effet de l'érosion due au vent.

Dans la série, les différentes planètes ne sont jamais si loin que ça les unes des autres. Les gens ont des bottes magnétiques en l'absence de gravité mais leurs bras, leurs cheveux et parfois leurs boissons (de mémoire) ne flottent pas...
Bref, c'est de la SF (sans doute ma préférée ceci dit).

Mais toujours dans la série, les batiments en question ont été construits par des espèces largement plus avancées, le genre à concevoir la proto-molécule et le "Ring" donc on peut penser que leurs batiments tiendraient plus longtemps que les notres.

Pour les notres, cela dépend d'énormément de choses. Ils tiendront plus longtemps que la Lune par exemple.

[jiherve]

bonsoir

Pour les notres, cela dépend d'énormément de choses. Ils tiendront plus longtemps que la Lune par exemple

tu n'aurais pas oublié une négation par hasard?
JR

[pm42]

tu n'aurais pas oublié une négation par hasard?

Non, j'ai mis "que la Lune" à la place de "sur la Lune" mais merci de me signaler l'erreur.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tawahi-Kiwi]

Salut,

trop de variables pour donner une reponse meme generale malheureusement.

Cela depend de la nature du batiment et des caracteristiques de la planete....
Une structure metallique va tenir au mieux quelques centaines d'annees sur Terre avant d'etre oxydee (O₂+H₂O (+ Cl si on est pres de la mer)).
La meme structure sur la Lune va tenir un gros paquets de millions d'annees (voire des milliards) (aucune atmosphere)
La meme structure sur Venus ne va s'en doute pas tenir bien longtemps (composes sulfures, halogenes, H₂O, le tout a 400ºC); les sondes Venera ne doivent sans doute plus ressembler a grand chose de fonctionel

Meme chose pour le beton, en l'absence d'atmosphere, c'est pas eternel mais surement mieux qu'en presence d'acides, d'eau, etc.

Le verre anhydre pur, sans defaut est stable, mais des qu'il y a un peu d'eau (0,01% suffit), le truc est intrinsequement instable et cristallise sur des periodes plus ou moins longues (c'est pour cette raison qu'il n'y a pas de verre (volcanique) vieux de plus de quelques dizaines de millions d'annees sur Terre, alors que sur la Lune (sans eau du tout) on a des verres volcaniques de plusieurs milliards d'annees.

C'est pour les batiments classiques acier-verre-beton; on peut toujours imaginer des choses exotiques ou plus en equilibre (au moins chimique) avec l'environnement ou c'est construit.

rien que par l'effet de l'érosion due au vent.

Le vent seul ne fait pas grand chose. L'erosion sur Terre se compte sans doute en microns par millions d'annees au mieux si on se limite a l'action seule du vent.
Ce qui permet l'erosion eolienne sur Terre, c'est l'abrasion par des particules transportees par le vent (surtout les grains de sable dans les zones arides) et la deflation qui retire des morceaux deja alteres (fragments ou alteration chimique) hors de la roche.

Donc tout depend de l'environnement atmospherique extraterrestre. Sur Mars on trouve des ventifacts montrant que le processus est actif mais sans doute plusieurs ordres de magnitude inferieur aux processus eoliens terrestres.

L'erosion par des fluides aqueux (sous leurs trois etats) est sans doute ce qui fait le plus de degats. Le gel ne fait vraiment des degats qu'avec la glace d'eau qui a cette etrange habitude d'augmenter de volume.

La gravite d'une planete est egalement un point important pour la phase finale de desagregation. Une structure metallique pourrie tiendra plus longtemps sur la Lune que sur Terre.

L'erosion chimique depend entierement des conditions locales.

T-K

[pm42]

En lisant la réponse de Tawahi-Kiwi, je me demande aussi si l'amplitude de la variation thermique ne joue pas aussi notamment pour des matériaux comme du béton et en l'absence d'atmosphère régulatrice.

Est ce qu'en faisant des cycles jour/nuit comme sur la Lune où on passe de -200 à +100, on ne vieillit pas plus vite que sur une planète qui serait verrouillée gravitationnellement face à son étoile par exemple ?

[Tawahi-Kiwi]

En lisant la réponse de Tawahi-Kiwi, je me demande aussi si l'amplitude de la variation thermique ne joue pas aussi notamment pour des matériaux comme du béton et en l'absence d'atmosphère régulatrice.

Est ce qu'en faisant des cycles jour/nuit comme sur la Lune où on passe de -200 à +100, on ne vieillit pas plus vite que sur une planète qui serait verrouillée gravitationnellement face à son étoile par exemple ?

Oui, il doit d'ailleurs avoir des types d'erosion sur d'autres planetes, qui n'ont aucun equivalent terrestre (ou meme dans le systeme solaire si on pense a des exoplanetes plus exotiques du style les effets magnetiques sur une exoplanete proche d'un pulsar...aucune idee de ce que ca pourrait faire au niveau degradation de la surface)

T-K

[Huckabees]

Bonjour à tous et merci pour vos réponses. J'avais totalement oublié ces posts que j'avais créé.
Merci TK en particulier pour la réponse bien complète.

Pour le vent oui je savais que c'était surtout l'abrasion par les particules, mais je me demandais si dans le cas de mars, cette abrasion pouvait être suffisante pour détruire des bâtiments.

Cela veut donc dire que les modules et objets restés sur la Lune resteront tels quels pendant des centaines de milliers, voire des millions d'années ? Et sur Mars ?

Bonne journée !

[pm42]

Cela veut donc dire que les modules et objets restés sur la Lune resteront tels quels pendant des centaines de milliers, voire des millions d'années ?

Globalement oui.

Et sur Mars ?

Il y a des tempêtes de poussières donc c'est un environnement moins favorable que la Lune : https://fr.wikipedia.org/wiki/Tempêt...ières_sur_Mars

[Tawahi-Kiwi]

Cela veut donc dire que les modules et objets restés sur la Lune resteront tels quels pendant des centaines de milliers, voire des millions d'années ? Et sur Mars ?

Comme je l'avais mentionne dans ton autre discussion, le taux d'erosion par les micrometeorites et les rayons cosmiques et vent solaire sur la Lune est 1 a 2 mm par millions d'annees. Ca donne une idee de la degradation a la surface de la Lune.

Le taux moyen d'erosion des roches sur Mars est de 10cm par million d'annees. Pour des objets humains, l'abrasion est sans doute le mecanisme principal, la deflation joue certainement un role pour les objets plus delicats).
Kite & Mayer, 2017

Par comparaison, sur Terre, le taux d'erosion moyen non-glaciaire est de 60m par million d'annees. Dans les zones stables tectoniquement, c'est plutot de l'ordre de quelques metres par millions d'annees.

T-K

[Gilgamesh]

Un article qui permet de quantifier un peu :

Crater degradation on the lunar maria: Topographic diffusion and the rate of erosion on the Moon

La diffusivité moyenne que nous calculons au cours des 3 dernières Ga est d'environ 5,5 m² /Myr. Avec cette diffusivité, après 3 Ga, un cratère de 1 km de diamètre est réduit à environ 52 % de sa profondeur initiale et un cratère de 300 m de diamètre est réduit à seulement 7 % de sa profondeur initiale, et les cratères plus petits qu'environ 200 à 300 m sont dégradés au-delà de toute reconnaissance.

[Huckabees]

Super, merci encore pour vos réponses bien complètes

[Tawahi-Kiwi]

La diffusivité moyenne que nous calculons au cours des 3 dernières Ga est d'environ 5,5 m² /Myr. Avec cette diffusivité, après 3 Ga, un cratère de 1 km de diamètre est réduit à environ 52 % de sa profondeur initiale et un cratère de 300 m de diamètre est réduit à seulement 7 % de sa profondeur initiale, et les cratères plus petits qu'environ 200 à 300 m sont dégradés au-delà de toute reconnaissance.

C'est environ 10-20x (quelques cm/million d'annees) plus que la valeur que j'ai donnée (faudrait que je retrouve ma réference, c'était de mémoire), mais en meme temps, c'est une diffusion topographique, donc la gravité joue un role (alors que pour le regolithe, son role est mineur)

[Gilgamesh]

C'est environ 10-20x (quelques cm/million d'annees) plus que la valeur que j'ai donnée (faudrait que je retrouve ma réference, c'était de mémoire), mais en meme temps, c'est une diffusion topographique, donc la gravité joue un role (alors que pour le regolithe, son role est mineur)

Oui tel que je le comprend ce qu'ils tentent d'estimer c'est l'étalement des structure dans le temps et le "labourage" par les météorites doit jouer un rôle majeur là dedans.

[Floda200489]

Salut,

Bien, plusieurs questions me viennent en lisant cette discussion :

Tout d'abord, quand on dit qu'il y a tant de cm/m d'érosion sur telle ou telle planète durant une durée déterminée, j'aimerais savoir si le climat est pris en compte dans ce genre de calcul... Parce que les processus érosifs ne sont pas les mêmes entre un climat aride et un climat tropical. Et comme il est souvent question de millions d'années pour la Terre quand il est question d'érosion, je me demande comment est pris en compte le climat qui lui varie tout de même assez rapidement si l'on regarde le Quaternaire pour ne prendre qu'un seul exemple. Il doit y avoir un début dans cette phrase j'imagine ? :

Par comparaison, sur Terre, le taux d'erosion moyen non-glaciaire est de 60m par million d'annees. Dans les zones stables tectoniquement, c'est plutot de l'ordre de quelques metres par millions d'annees.

Et donc j'imagine que s'il y a 60 m d'érosion en un million d'année à un endroit donné, cela doit nous aider à comprendre que la superficialité des constructions humaines ne durera pas bien longtemps. Sans même parler de la taille des bâtiment qui doit être un détail puisque généralement creux et s'effondrant rapidement sur une échelle de temps géologique, ce qui compte ici c'est vraiment leur épaisseur une fois effondrée, c'est ce qui doit être comptabilisé si l'on veut calculer le taux d'érosion en ajoutant les constructions humaines ? Dit autrement, la présence d'une ville va-t-elle ralentir ce taux d'érosion, le temps que la ville disparaisse avant justement ?

Ensuite, je ne sais pas à quel point cette question est pertinente ou non, mais sachant que rien ne perd, rien ne se créé et tout se transforme, j'ai toujours eu du mal avec la notion de "disparition" d'une structure. Qu'entend-on par disparition ? Est-ce que cela veut dire que la structure est méconnaissable ou alors que les morceaux sont suffisamment petits pour dire qu'un bâtiment à disparu ? Pour être plus précis, cela se joue à quel niveau si l'on parle de la disparition des structures humaines ? Au niveau macroscopique ? Au niveau moléculaire ? Au niveau atomique ? C'est peut-être une question qui chipote un peu mais je trouve cela pertinent à partir du moment où l'on parle de la couche Anthropocène que nous laisserons dans les roches, ce qui la distinguera du reste sera une anomalie chimique où l'on pourra trouver une forte concentration des métaux utilisés par notre civilisation industrielle. Les atomes ne disparaissant pas, cela semble logique. Alors à quel moment un bunker effondré sur une plage de Normandie disparaît ? Il n'est pas utile de répondre à toutes les questions, c'est simplement pour illustrer mon propos et en discuter plus profondément

Merci pour les réponses

[Tawahi-Kiwi]

Tout d'abord, quand on dit qu'il y a tant de cm/m d'érosion sur telle ou telle planète durant une durée déterminée, j'aimerais savoir si le climat est pris en compte dans ce genre de calcul..

C'est une valeur moyenne (spatialement et temporellement). En pratique, les valeurs vont de quelques metres / million d'années pour de la roche dure a nu (affleurement) a quelques centaines de metres pour les sediments de basins fluviatiles. Et les extremes se comptent en cm / million d'années pour certaines roches terrestres dans des conditions ideales jusqu'a quelques km / million d'années dans les Andes ou l'Himalaya.

Cela varie donc énormement suivant la latitude (ex: climat aride a peri-glaciaire), la topographie (altitude, relief) (ex: peneplaine a l'equilibre a montagnes en pleine surrection), le type de roche (roche plutonique microtexturee a sediments argileux meubles), la vegetation, etc.

Et la valeur moyenne varie egalement dans le temps. Depuis l'Hadéen, on a des pics sédimentaires qui résultent d'une érosion accrue (=> plus de zones montagneuses) de maniere globale. L'érosion au cryogénien est également certainement differente du maximum eustatique du Cretacé ou durant la Pangée.


Les taux d'érosion sont estimés a l'heure actuelle, sur base des isotopes cosmogéniques qui mesurent le temps d'exposition d'une roche a la surface (du quartz par exemple, est fait de SiO₂ dont du silicium-28 et de l'oxygene-16; sous l'action des rayons cosmiques, une tres petite quantité de ces isotopes se transforment en aluminium-26 et beryllium-10 respectivement, et la concentration de ces isotopes est dépendante du temps passé a la surface. On a appliqué cette technique en suffisamment d'endroits du globe pour pouvoir donner une bonne estimation générale et l'influence des differents facteurs.

Dit autrement, la présence d'une ville va-t-elle ralentir ce taux d'érosion, le temps que la ville disparaisse avant justement ?

Sans doute, mais sur des echelles de temps geologiques, pas forcement significatif. En 'roche compactée', quel est l'équivalent d'une ville? 1 metre d'epaisseur ? ...et elles ont tendance a etre dans des zones (cotieres, fluviales) prone a l'érosion assez intense

Qu'entend-on par disparition ? ... ...C'est peut-être une question qui chipote un peu mais je trouve cela pertinent à partir du moment où l'on parle de la couche Anthropocène que nous laisserons dans les roches

C'est entierement lié a la definition que l'on choisit. Si disparition signifie décomposition structurelle (rendant une ville méconnaissable, comme un tas de gravats), fragmentation en éléments decimetriques, centimetriques ou millimetriques (et donc disponible pour la partie 'transport' du cycle érosif), anomalies géochimiques (qui ne disparaissent que par dilution), etc.

T-K

[Floda200489]

Super merci pour ces premières réponses, je sais que les questions ne semblent pas directement liées au sujet mais elles m'aident justement à mieux appréhender ces questions J'en ai d'ailleurs une autre série dans la continuité de ta réponse :

Dans cette conférence de Pierre Thomas https://www.youtube.com/watch?v=AXW2...miedeFleurance et aussi dans les interventions de Jan Zalasiewicz, ils parlent beaucoup de ce qui restera de nos constructions dans plusieurs millions d’années, mais des petites choses me laissent perplexe… Quand Pierre Thomas parle des futures villes fossiles, donc celles qui se situent actuellement dans des deltas et en front de chaîne de montagne, il dit que les sédiments recouvriront ces villes qui s’enfoncent et que plus tard elles seront incorporées dans ces montagnes. Mais nous ne sommes pas du tout sur les mêmes pas de temps si je ne m’abuse… Il faudra quelques dizaines de milliers d’années maximum pour finir de dégrader les bâtiments, mais pour recouvrir le tout de sédiments et que le tout finisse incorporé dans une montagne, il faut plusieurs millions d’années, donc est-ce réaliste ce qu’il dit là ou alors je fais fausse route ?
Pareil pour Jan Zalasiewicz, qui dit dans une conférence que les livres fossiles formeront des parallélépipèdes de carbone. Bon, il ne donne pas d’échéance, mais trouver des livres fossiles, me semble très incertain, sauf si on les a préalablement placés à un endroit propice à leur conservation ?

Le taux d’érosion en montagne me confirme que plus on remonte dans le passé, moins on a d'archives (fossiles, détails de roches…). J’enfonce une porte ouverte mais j’aimerais savoir si mon raisonnement est juste : Les schistes de Burgess sont connus pour leur rareté au niveau mondial. Et en fait, il s’en est fallu de peu pour que nous n’ayons jamais accès à ces fossiles (je sais, ce n’est pas très scientifique dit comme ça, mais vous m’avez compris). Si nous étions arrivé ne serait-ce qu’un million d’année plus tard, le tout aurait été érodé et aurait disparu, d’autant plus que nous sommes en haute montagne… Est-ce ce qui explique le fait que plus on remonte dans le temps, plus les chances de trouver des choses s’amenuisent ?

Et a-t-on une idée de l’érosion due à la pluie sur nos bâtiments ? Des travaux sont faits là-dessus ?

[Tawahi-Kiwi]

Quand Pierre Thomas parle des futures villes fossiles, donc celles qui se situent actuellement dans des deltas et en front de chaîne de montagne, il dit que les sédiments recouvriront ces villes qui s’enfoncent et que plus tard elles seront incorporées dans ces montagnes. Mais nous ne sommes pas du tout sur les mêmes pas de temps si je ne m’abuse… Il faudra quelques dizaines de milliers d’années maximum pour finir de dégrader les bâtiments, mais pour recouvrir le tout de sédiments et que le tout finisse incorporé dans une montagne, il faut plusieurs millions d’années, donc est-ce réaliste ce qu’il dit là ou alors je fais fausse route ?

Evidemment, s'il y a erosion quelque part, cela veut dire qu'il y a sedimentation ailleurs, donc tout ne disparait pas a raison de 60 mm par millier d'annees en moyenne. Dans les bassins oceaniques, les bassins sedimentaires peri-continentaux, les deltas, les bassins molassiques et toutes les zones en subsidence de maniere generale, l'erosion est nulle et c'est de la sedimentation qui a lieu (souvent du meme ordre de grandeur que l'erosion, en cm par millier d'annees); c'est aussi vrai lorsque le niveau marin augmente pour toutes les zones nouvellement immergees.

En moyenne donc, pour un batiment de 10 m de haut, plusieurs centaines de milliers d'annees sont necessaires pour qu'il soit enseveli. Peu de chance qu'il survive, mais bien evidemment, des taux de sedimentation beaucoup plus eleves localement sont toujours possibles.

Pareil pour Jan Zalasiewicz, qui dit dans une conférence que les livres fossiles formeront des parallélépipèdes de carbone. Bon, il ne donne pas d’échéance, mais trouver des livres fossiles, me semble très incertain, sauf si on les a préalablement placés à un endroit propice à leur conservation ?

Il faut des conditions ideales pour que la cellulose ne se decompose pas et mature comme le charbon et s'assurer que ces conditions vont etre preservees pendant des millions d'annees.... ...et supposer qu'il n'y a aucune deformation (si on veut un parallelepipede), mais le "paleo-livre' sera quand meme 2a 3x plus petit par simple transformation. En theorie, ce n'est pas impossible; un peu comme les papyrus d'Herculaneum, mais pas aussi immediat.

Est-ce ce qui explique le fait que plus on remonte dans le temps, plus les chances de trouver des choses s’amenuisent ?

Oui, dans l'absolu. Il suffit de voir les pourcentages d'exposition en surface de roches de differents ages, surtout une fois que l'on entre dans le Precambrien (vu que l'on compte facilement en milliards d'annees).

Pour les schistes de Burgess, la formation de Stephen dans laquelle se trouve le biotope preserve de Burgess, est assez importante, dans une zone montagneuse assez faillee. Il n'est pas impossible que dans un million d'annees, une autre section avec des caracteristiques similaires soit exposee ailleurs (a noter qu'il y a des sites tout a fait comparable au Burgess en Chine (schistes de Maotianshan (biotope de Chengjiang) et les schistes de Shuijingtuo (biotope de Qingjiang), et tout aussi, voir plus remarquable ainsi que quelques autres niveaux stratigraphiques).

Mais dans l'absolu, c'est correct, si pas dans un million d'annees, dans 10 ou dans 100, eventuellement, la rarete des roches cambriennes avec de tels caracteristiques fera qu'elles ne seront plus presente quelque part a la surface de la Terre de maniere continue.

Et a-t-on une idée de l’érosion due à la pluie sur nos bâtiments ? Des travaux sont faits là-dessus ?

Oui, au moins l'impact des pluies urbaines (acides) qui alterent ou noircissent les monuments et les facades vu qu'il y a parfois des details fins qui se perdent s'ils ne sont pas proteges. J'ai deja vu des conferences assez interessantes qui melangeait histoire de l'art, genie civil, chimie, mineralogie, etc. pour expliquer ces phenomenes et comment y remedier.

[Floda200489]

Merci beaucoup Tawahi pour tes réponses détaillées comme toujours

[Floda200489]

Et je ne m'y connais pas tellement en physique des matériaux, mais pour la mission DART par exemple, est-il possible qu'il subsiste des fragments de l'impacteur ou pas ? Je ne me rends pas compte à quel point une collision ça peut chauffer... A plus de 23 000 km/h, qu'est-ce que ça peut donner ?

[Tawahi-Kiwi]

...est-il possible qu'il subsiste des fragments de l'impacteur ou pas ?

Oui, mais je suppose que tu veux dire fragments macroscopiques.

L'impacteur est considerablement pulverise lors d'une collision a grande vitesse mais les caracteristiques de la pulverisation depend du type de sol impacte, de la composition de l'impacteur, de sa taille, de sa coherence, de sa forme, de sa vitesse, etc.
Les impacteurs durs (metal, roche massive coherente) survivent mieux que des objets moins coherents, moins tenaces. Les impacteurs ont plus de chance de survivre dans un impactant poreux que massif (la surface des satellites glaces par exemple, ou certains asteroides et cometes). Les impacteurs ont moins de chance de survivre sur des objets celestes de masse importante (planetes) car l'energie cinetique acquise en tombant sur la planete entraine davantage de pulverisaiton.

Pour des roches naturelles (basalte, peridotite) impactant un asteroide a une vitesse raisonnable (1 a 3 km/s), le nombre maximum de particules d'impacteur se trouve a environ 1 micron avec environ 1000x moins de fragments d'une taille millimetrique, et encore moins pour des tailles plus importantes.

C'est en nombre de particules, pas en masse. C'est important parce que 100 milliards de particules d'un micron ne vaut meme pas un fragment de 5 mm. Tu peux donc avoir de la 'farine' d'impacteur et toujours trouve des fragments macroscopiques dedans.


https://academic.oup.com/view-large/...v2844fig7.jpeg
Avdellidou et al.. 2016

Pour un impacteur metallique (bille de cuivre de 1-2 mm) sur un objet poreux de basse densite (comme Dimorphos), les billes sont intactes en dessous de 2 km/s, sont deformees au dessus, et commence a se fragmenter au dessus de 2,6 km/s. A 7km/s , la fragmentation d'une bille de 2mm est de l'ordre de 500 mais on trouve toujours des fragments d'un millimetre. (23000 km/h, c'est 6,4 km/s)

McDermott et al., 2016

On peut donc en deduire (intuitivement) qu'il est possible que des morceaux de taille macroscopique (ex: centimetrique) d'un objet comme DART survive l'impact avec Dimorphos. Je ne garantis pas qu'ils soient toujours sur l'asteroide par contre, a moins d'etre encastre profondement dans Dimorphos.

T-K

[Floda200489]

Merci pour ta réponse