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vendredi, juillet 1, 2022

L’activité volcanique de la Lune n’a pas encore livré tous ses secrets

Quand l’activité volcanique lunaire s’est-elle arrêtée ? D’où proviennent les « laves tardives » de notre satellite naturel ? La méthode des cratères, qui permet de donner un âge aux planètes, lunes et astéroïdes du système Solaire, est-elle valide ? Pour répondre à ces questions, la Chine a envoyé fin 2020 la sonde Chang’e 5 vers la Lune. Après un atterrissage réussi au nord de l’Océan des Tempêtes, le 1er décembre dernier, le petit robot chinois a récupéré 1,7 kg de roches basaltiques issues d’anciennes coulées volcaniques, puis les a renvoyées vers la sonde spatiale qui attendait en orbite. Cette dernière a livré les précieux échantillons sur Terre le 16 décembre. Après des mois de travail, une équipe de chercheurs a publié, vendredi 8 octobre dans la revue Science, les premiers résultats de l’analyse de ces roches extraterrestres. 

Un résultat attendu puisque les laves basaltiques rapportées sur Terre lors des missions américaines (Apollo) et soviétiques (Luna), dans les années 1970, sont vieilles de 3 à 4,3 milliards d’années. Or, des scientifiques se basant sur la méthode des cratères – selon laquelle plus il y en a à la surface d’une zone, plus elle est âgée -, estimaient que des laves lunaires à proximité de l’Océan des Tempêtes devaient être plus jeunes. La plupart des calculs prévoyaient un âge compris entre 1,5 et 2,5 milliards d’années. « Le principal objectif de Chang’e 5 était de récupérer ces laves qu’on pensait plus récentes afin de les analyser en laboratoire pour déterminer leur âge et ainsi confirmer ou réfuter la méthode des cratères, mais aussi de découvrir leur origine », explique Romain Tartèse, chercheur au Département des Sciences de la Terre et de l’environnement à l’université de Manchester et coauteur de l’étude. 

« Un ouf de soulagement »

Concernant le premier objectif, les analyses des 25 auteurs de l’étude montrent que ces roches ont exactement 1,96 milliard d’années, ce qui confirme les calculs effectués ce qui valide définitivement la méthode dite « des cratères ». Rassurant, quand on sait que cette dernière sert de mètre étalon pour dater une bonne partie du Système solaire. « La technique du nombre de cratères prend la Lune comme point de calibration – puisqu’il s’agit du seul astre dont on a pu récupérer des échantillons – et, en extrapolant, permet de dater Mars, les lunes, les astéroïdes, etc., précise le chercheur. Il s’agit donc d’un gros ouf de soulagement pour tous les scientifiques qui travaillent sur les âges planétaires car nos résultats montrent que la méthode fonctionne, et qu’il va être possible d’affiner ce modèle et, donc, d’améliorer la calibration. » 

Carte des sites d’atterrissage des missions de retour d’échantillons réussies. Les zones sombres sont celles à l’élévation la plus faible, tandis que les zones les plus claires sont celles à l’élévation la plus haute.

Nasa/Wikicommons/Kaynouky

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Etonnamment ces résultats ont été trouvés en analysant seulement deux fragments de quelques millimètres de long. Les autorités chinoises ont en effet choisi de confier des échantillons de roches lunaires à plusieurs équipes de chercheurs chinois et internationaux. En ce qui concerne les auteurs de cette étude, la première étape a consisté à imprégner ces fragments dans des disques en résine, et de les polir progressivement afin d’en dévoiler l’intérieur. Puis, ils ont placé ces fragments à l’intérieur d’un microscope électronique à balayage, qui a révélé une cartographie de l’ensemble des minéraux qui les composent. 

« Les collègues ont ensuite placé ces fragments dans une machine appelée « Shrimp », pour Sensitive high-resolution ion microprobe (ou microsonde ionique haute résolution sensible en français), dont le tout premier modèle a été développé en Australie à la fin des années 1960 précisément dans le but de dater les premiers échantillons ramenés par Apollo 11″, explique le Romain Tartèse. Le principe de la Shrimp consiste à bombarder un faisceau d’ions à la surface des échantillons lunaires afin de créer un petit trou de 5 à 10 micromètres de diamètre et ainsi de pulvériser les atomes des différents minéraux et de mesurer les concentrations des différents isotopes du plomb. « Les trois des quatre isotopes du plomb proviennent de la décroissance radioactive du thorium et de l’uranium, détaille Romain Tartèse. Or, comme nous savons à quelle vitesse les atomes de thorium et d’uranium se désagrègent du plomb, cela nous permet de dater précisément ces roches », détaille Romain Tartèse. 

Marée gravitationnelle ou roches riches en fer ?

En revanche, en ce qui concerne le second objectif, à savoir l’origine de ces laves tardives, il s’est avéré plus complexe à déterminer. Comment, en effet, expliquer qu’il y avait encore de la lave sur la Lune il y a 2 milliards d’années, alors que la plupart des modèles scientifiques prévoient que la chaleur interne de la Lune aurait dû se dissiper avant ? « L’une des hypothèses consistait à dire que ces laves étaient issues d’une activité volcanique tardive provoquée par la présence, à l’intérieur de la Lune, de roches riches en éléments radioactifs susceptibles de prolonger l’activité volcanique », souligne Romain Tartèse. Sauf que les analyses ont montré que ces roches n’étaient pas particulièrement radioactives. Et les chercheurs écartent également l’hypothèse selon laquelle les laves proviendraient de violents impacts d’astéroïdes, qui se sont déroulés bien avant, entre 3,5 à 4,5 milliards d’années.  

« Pour l’instant, nous n’avons pas trouvé de mécanismes qui expliquent ce phénomène », admet le spécialiste. Quelques pistes existent néanmoins. La première serait liée à un effet de marée gravitationnelle provoquée par la Terre et le Soleil. En d’autres termes, la gravité de notre planète, plus proche de la Lune qu’aujourd’hui, ainsi que celle de notre étoile, auraient déformé les roches internes de notre satellite naturel et ainsi provoqué des frictions qui auraient généré de la chaleur. « Cette hypothèse va être testée en simulation numérique, mais elle me semble peu probable », note Romain Tartèse. L’autre possibilité serait que ces laves basaltiques proviennent de zones du manteau lunaire dont la teneur en fer est élevée car, plus une roche est riche en fer, plus la température à laquelle elle fond, diminue. 

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Pour répondre à cette question, il faudra sans doute récolter d’autres échantillons lunaires. Ce qui devrait se produire, si tout se passe bien, grâce à la sonde Chang’e 6. Pour l’heure, les autorités chinoises n’ont pas fait d’annonce officielle, mais la plupart des scientifiques estiment que cette mission visera à rapporter des échantillons de roche provenant de la face cachée de la Lune. Ce qui constituerait une grande première. Cette nouvelle sonde, clone de Chang’e 5, pourrait décoller en 2023 ou 2024. 

Opinions

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Anne Rosencher

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Par Hervé Le Treut, climatologue et professeur à la Sorbonne université et Polytechnique, membre de l’Académie des sciences

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