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La Lune, fille de Gaïa

Evolution géologique (VI)

Illustration de la collision d'un astéroïde avec la Lune. Document Dan Durda.

Grâce à la datation des météorites lunaires et surtout des échantillons de roches rapportés par les missions Apollo, nous en savons un peu plus sur l'évolution géologique de la Lune. Mais contrairement à ce qu'on pensait à la fin du XXe siècle, on ne peut pas encore dire qu'on connait la chronologie exacte de l'évolution géologique de la Lune car le choix des roches ayant servi aux datations fut remis en question. On y reviendra.

Comme nous le rappellent les scientifiques, une échelle de temps géologique est un système chronologique qui sépare les strates géologiques d'un site ou d'un corps planétaire en différentes unités dans une séquence temporelle et montre son évolution progressive. 

L'échelle de temps de la Lune fut établie à la fin des années 1960, lors de la préparation du programme Apollo, au moyen des outils et des données disponibles à l'époque, c'est-à-dire des télescopes terrestres entre 1 et 5 m de diamètre et des données ayant une couverture spatiale et une résolution limitées. Quelques décennies plus tard, les spécialistes de la Lune avaient publié des milliers d'études sur des sujets très variés qui ont considérablement élargi notre compréhension de l'évolution géologique et dynamique de la Lune, tant locale que globale. Mais jusqu'en 2019, l'échelle de temps lunaire utilisée par les spécialistes était toujours celle établie un demi-siècle auparavant, comme si les découvertes de l'exploration lunaire n'existaient pas.

Sur base d'un réexamen complet de l'évolution lunaire, y compris des changements dynamiques, l'échelle de temps lunaire fut révisée en 2023 et de manière plus complète en 2024 pour corriger les erreurs de datation mais également pour tenir compte des processus endogènes et exogènes qui se sont déroulés. Ce sont ces travaux que nous allons décrire.

Révision de l'âge de la surface de la Lune (2023)

La première correction majeure concerne la datation de la croûte lunaire. Des chercheurs norvégiens et français ont trouvé un moyen d'harmoniser et de recalibrer deux systèmes contradictoires de datation de la surface de la Lune. Les chercheurs savaient que la méthode standard de mesure de l'âge de la surface de la Lune (le comptage des cratères) donnait des résultats assez différents de ceux obtenus lors de l'analyse des roches lunaires ramenées par les missions Apollo, en particulier celles provenant des hauts-plateaux, les zones claires de la Lune. 

Les résultats de cette nouvelle évaluation furent présentés au cours de la Goldschmidt Geochemistry Conference qui s'est tenue à Lyon en 2023 où la professeure Stéphanie Werner du Center for Planetary Habitability de l'Université d'Oslo annonça "que de grandes parties de la croûte lunaire ont environ 200 millions d'années de plus qu'on ne le pensait."

Photo mosaïque CCD couleur de Mare Imbrium, "l'oeil gauche" de la Lune vu depuis l'hémisphère nord terrestre.

Selon Werner, "Nous avons décidé que nous devions concilier ces différences, et cela signifiait corréler des échantillons Apollo datés individuellement au nombre de cratères dans la zone environnante du site d'échantillonnage - en fait, réinitialiser l'horloge du cratère. Nous les avons également corrélés avec les données de spectroscopie de diverses missions lunaires, en particulier avec la mission indienne Chandrayaan-1, pour être sûr que l'échantillon d'Apollo "appartient" à la surface où nous avons compté les cratères. Cela représenta beaucoup de travail; nous avons commencé ce projet en 2014. Nous avons constaté qu'en faisant cela, nous pourrions résoudre l'écart et repousser l'âge de la surface de la Lune jusqu'à 200 millions d'années."

Ainsi l'âge du bassin d'Imbrium présenté à gauche (l'oeil gauche de la Lune vu de la Terre depuis l'hémisphère nord ), qui fut probablement formé suite à l'impact d'un astéroïde de la taille de la Sicile n'est pas de 3.9 mais de 4.1 milliards d'années.

Les chercheurs soulignent que cela ne change pas les estimations de l'âge de la Lune elle-même, juste l'estimation de sa surface. Le nouveau système de datation modifie l'âge de toutes les zones de la surface de la Lune mais pas de manière uniforme, les surfaces les plus anciennes présentant les plus grands changements.

Selon Werner, "C'est une différence importante. Cela permet de repousser dans le temps l'intense période de bombardement météoritique, dont nous savons maintenant qu'elle s'est produite avant l'activité volcanique étendue qui forma les motifs du "visage "de la Lune" - les plaines volcaniques (mariae) dont Mare Imbrium. Comme cela s'est produit sur la Lune, il est presque certain que la Terre subit également ce bombardement précoce."

En conclusion, la Lune fournit des enregistrements uniques de l'histoire des premiers bombardements. Nous avons eu trois grandes missions qui échantillonnèrent avec succès la Lune : Apollo, Luna et Chang'e. En combinant les dernières observations des sondes spatiales avec les mesures des impacts enregistrées par les échantillons de roches lunaires, Werner et ses collègues ont considérablement repoussé le début du bombardement intensif sur les planètes telluriques. Cette période dut affecter l'origine et l'évolution précoce de la vie sur Terre et potentiellement sur d'autres planètes comme Mars. Si on parvient à ramener des échantillons de roche du cratère Jezero sur Mars, nous ferons un pas de géant en avant dans la recherche d'éventuelles anciennes traces de vie sur une autre planète du système solaire et, le cas échéant, on pourra peut-être même la dater.

Voici d'abord dans les grandes lignes la chronologie des évènements qui s'y sont succédés sur la Lune depuis plus de 4 milliards d'années sur base des connaissances en 2018. Cette chronologie date principalement les formations géologiques de la surface lunaire et, faute d'information précise à l'époque, décrit à peine les processus géologiques. Nous allons donc compléter ce tableau en décrivant les différents processus survenus durant chaque période à la lumière des récentes découvertes.

La Lune s'est formé il y a 4.52 à 4.55 milliards d'années, peu après la Terre. La surface de la Lune se solidifia 300000 ans plus tard, formant un mégarégolite stratifié peu dense composé d'anorthosites, des roches ignées intrusives riches en feldspath plagioclase (un minéral calco-sodique dérivé du bicarbonate de soude). Il n'est pas inconnu des géologues car cette roche blanchâtre-beige forme 60% de la croûte terrestre.

L'échelle des temps géologiques lunaires (2018)*

Période

Age (millions d'années)

Bassins d'impact

Volcanisme

Cratères

d'impact

Copernicienne

100

108

900

Aucun

Flots de Lichtenberg

Aristarche

Tycho

Copernic

Erastosthénienne

1100

3100

Aucun

Jeunes flots d'Imbrium

Dômes de Marius

Hausen

Eratosthène

Imbrienne

3200

'

'

'

'

'

'

 3840*

Orientale

Schrödinger

 

 

 

 

 

Imbrium*

Plateau d'Aristarche

Vieux flots d'Imbrium

Mare Crisium, Serenitatis,

Mare Humorum, Nubium

Mare Tranquillitatis (jeune)

Mare Tranquillitatis (vieux)

Mare Fecunditatis, Nectaris

Volcanisme des terrae (?)

Sharp, Atlas

Humboldt

Archimède, Platon

Sinus Iridum

Piccolomini

Arzachel, Cassini

Pétavius

Maupertuis

Nectarienne

3850

'

3910

Serenitatis, Crisium

Humorum

Humboldtianum, Nectaris

Volcanisme des terrae (?)

Bailly, Clavius

Gauss

Longomontanus

Pre-Nectarienne

3920

'

'

'

'

'

 4300

Grimaldi

Schiller-Zucchius

Smythii, Nubium

Fecunditatis,Tranquillitatis

Australe, Pingré-Hausen

Marginis, Insularum

Aitkin

Volcanisme des terrae (?)

Ptolémée

Hipparchus

Maginus

Janssen

Hommel

Deslandres

Naissance

 4550

Formation de la Lune suite à la collision d'un astéroïde avec la Terre.

* Ces dates font références à l'état des recherches avant 2019. En 2019 et en 2020, des chercheurs ont constaté que l'âge des roches de l'astéroïde Vesta et les zircons de certaines météorites tombées sur Terre dont NWA 7034 "Black beauty" d'origine martienne sont antérieurs au bombardement dit tardif (LHB) dont le pic serait survenu il y a 3.9 milliards d'années. En 2023, lors de la Goldschmidt Geochemistry Conference de Lyon, Stéphanie Werner du Center for Planetary Habitability de l'Université d'Oslo annonça que l'âge de la surface de la Lune devait être reculé jusqu'à environ 200 millions d'années. Ainsi le bassin de Mare Imbrium par exemple s'est probablement formé suite à un impact astéroïdique survenu il y a non pas 3.9 mais 4.1 milliards d'années. Puis en 2024, l'équipe de Jianhzong Liu proposa de corriger ce modèle (surtout entre 4.3-3.1 Ga) pour tenir compte des processus endogènes et exogènes qui ont modifié la Lune. Voir le texte pour les explications.

Vers 4.3 milliards d'années, la croûte lunaire était à peine refroidie qu'un intense bombardement météoritique laissa des cicatrices importantes : ce sont les grands bassins d'Aitkin au pôle Sud, Mare Australe (limbe sud-est), Mare Tranquilllitatis (sous l'oeil droit), Mare Fecunditatis, Mare Nubium, Mare Smythii et l'apparition des premiers cratères d'impacts tels que Deslandres, Schiller, Zucchius, Grimaldi ou Ptolémée.

S'étendant sur plusieurs centaines de kilomètres, certains de ces cratères présentent un fond très étendu en partie comblé de lave et parfois associé à des anneaux concentriques extérieurs signes de la violence de l'impact. C'est à cette époque que nous assistons aux premiers signes d'une activité volcanique sur la Lune, activité qui cessa vers 3.8 milliards d'années.

Un peu plus tard, selon les plus récentes données, vers 4.1 milliards d'années, la Lune fut à nouveau percutée de face et reçoit son "oeil gauche" qui deviendra Mare Imbrium ainsi que les bassins et cratères d'impacts qui l'accompagnent.

Entre 3.92 et 3.85 milliards d'années nous assistons à la formation des derniers grands bassins de Mare Nectaris, Mare Humboldtianum, Mare Humorum, Mare Crisium pour se terminer avec la formation de Mare Serenitatis, "l'oeil droit" de la Lune. C'est l'époque durant laquelle se formèrent également les grands cirques de Longomontanus, Gauss, Clavius et Bailly.

A consulter : Définition des reliefs lunaires

La plupart des cratères et grands bassins lunaires sont de vieilles formations âgés de 2 à 4 milliards d'années. Les plus récents, tels Copernic, Tycho, Théophile (gauche) ou Timocharis (centre) ont quelques centaines de millions d'années. Documents NASA/Apollo XV/XVI. A droite, une carte géologique au 1:5 millionième de la face visible de la Lune de l'USGS établie en 1971. Les formations en jaune sont les plus récentes (100-900 millions d'années).

Entre 3.9 et 3.1 milliards d'années, l'activité thermodynamique du manteau se propagea jusqu'à la surface lunaire, se mélangeant aux roches de surface. C'est parce que l'écorce de sa face visible est nettement moins épaisse que celle de sa face cachée (60 km contre 100 km) que de nombreuses régions ont été comblées par les flots de lave, atteignant par endroit 1500 m d'épaisseur, donnant ce visage si caractéristique à la Lune.

Entre 3.3 et 3.2 milliards d'années se formèrent Sinus Iridum et Mare Orientale. L'intense bombardement météoritique conduisit à la formation des cratères de Maupertuis, Pétavius, Cassini, Arzachel, Piccolomini, Platon, Archimède, Humboldt, Atlas et Sharp parmi d'autres ainsi que les premiers flots de lave importants.

Par la suite, le bombardement météoritique décrut fortement et entre 3.16 et 1.1 milliard d'années nous assistons surtout à la formation d'Eratosthène et de Hausen. La région de Marius se soulève, son sol se fissure en donnant naissance à des dizaines de failles et de dômes tandis que les derniers flots de laves s'écoulent de Mare Imbrium.

Enfin, il y a 800 millions d'années Copernic apparut sur la Lune; Tycho se forma voici 108 millions d'années puis finalement Aristarche il y a 100 millions d'années.

Notons que selon des simulations réalisées en 2007, Tycho et le cratère de Chicxulub dans le Yucatan (celui qui serait à l'origine de l'extinction des dinosaures) auraient été formés par deux fragments provenant du même astéroïde parent, appartenant à la famille Baptistina.

Deux photographies prises par la sonde spatiale LRO. A gauche, le cratère Shrödinger de ~320 km de diamètre qui présente une activité volcanique "récente" (il y a ~500000 ans). Voici une image en haute définition (.JPG de 2.8 MB). A droite, le bassin de Mare Orientalis de ~930 km de diamètre. Les deux formations sont âgées d'environ 3.8 milliards d'années. Documents NASA/LRO/NASA/GSFC Scientific Visualisation Studio.

Les dernières coulées de lave apparuent sur la Lune émanèrent de Lichtenberg. Depuis un calme relatif règne sur la Lune; de temps en temps mais c'est assez rare, on observe des éclats brillants signes de l'impact de quelques météoritessur la surface lunaire.

De nos jours, on constate que des flots de lave de 100 à 1500 m d'épaisseur ont comblé les cratères d'impacts et les bassins pour former les mers de basaltes. Ceux-ci sont différents des basaltes terrestres. Ils contiennent moins de sodium, de carbone et d'eau mais sont plus riches en titane, en fer et en éléments lourds.

Révision de l'évolution de la Lune (2024)

La révision globale publiée en 2024 par l'équipe de Jianhzong Liu de l'Institut de géochimie de l'Académie Chinoise des Sciences (cf. J.Liu et al., 2024) propose deux mises à jour majeures du modèle standard afin d'inclure l'évolution des forces dynamiques endogènes et exogènes, désormais connues pour avoir influencé les débuts de l'histoire lunaire.

En résumé, les auteurs proposent 4 phases ou éons. Les périodes pré-Nectarienne, Nectarienne et Imbrienne sont rassemblées dans le même éon Paléolunaire. Les autres périodes ne sont pas modifiées, juste le nom de la plus ancienne.

Selon les auteurs, "Premièrement, sur base de l'interaction temporelle des processus exogènes et endogènes impliqués dans la modification de la Lune, nous avons défini trois unités de niveau Eon/Eonothème pour représenter trois phases évolutives dynamiques. Deuxièmement, le système pré-Nectarien est redéfini et divisé en système Magma-océanien de l'ère océanique magmatique et en système Aitkenien ultérieur, commençant par le bassin du Pôle Sud-Aitken. Les éjecta de ce bassin, la Formation Das, ont été déposés sur la croûte lunaire primordiale et forment la strate la plus ancienne produite par des processus exogènes."

Les auteurs divisent l'histoire évolutive de la Lune en trois phases distinctes basées sur l'interaction temporelle des processus exogènes et endogènes qui ont modifié la Lune. Ces phases ou éons donnent un aperçu de la dynamique temporelle de l'évolution lunaire :

- L'éon Eolunaire (4.52 à 4.31 Ga) : il fait référence à la formation des océans magmatiques, à la différenciation et à la solidification de la croûte primaire, une phase d'évolution qui impliquait essentiellement des forces et des processus endogènes.

- L'éon Paléolunaire (4.31 - 3.16 Ga) : il est caractérisé par des processus endogènes et exogènes aux des effets comparables, y compris des évènements à fort impact et des activités volcaniques importantes.

- L'éon Néolunaire (3.16 Ga jusqu'à aujourd'hui)  : représente l'ère dominée par des processus exogènes, caractérisés par une activité volcanique réduite et la prévalence d'évènements d'impact modifiant la surface lunaire.

Pour la phase ou l'éon le plus ancien, les auteurs appellent les éjecta du bassin d'impact du Pôle Sud-Aitken, la "Formation Das". En tant que strate la plus ancienne résultant de processus exogènes au sein de la croûte lunaire, la Formation Das représente la limite entre les éons Eolunaire et Paléolunaire. En utilisant la Formation Das comme marqueur, l'ancienne période pré-Nectarienne classique (4.30 - 3.02 Ga) est désormais divisée en deux périodes distinctes : la période Magma-océanienne précoce (4.52 - 4.31 Ga) et la période Aitkenienne ultérieure (4.31 - 3.92 Ga).

Evolution géologique de la Lune révisée en 2024. A gauche, l'évolution des processus lunaires endogènes est indiquée par le taux de production simulé de matière fondue et le volume de basalte des mers lunaires. L'évolution des processus exogènes est indiquée par l'énergie cinétique de l'impacteur. Les points représentent les âges des échantillons lunaires produits à partir de différents processus géologiques. Les trois phases ou éons d'évolution chronologique sont l'Éolunaire, le Paléolunaire et le Néolunaire. A droite, la colonne stratigraphique de la Lune correspondant à la nouvelle échelle de temps. Documents J.Liu et al. (2024).

Comme illustré ci-dessus, les deux nouveau schémas d'échelle de temps lunaire sont composés de trois éons et six périodes, offrant un cadre systématique pour décrire l'histoire évolutive de la Lune et illustrent efficacement les avantages d'exprimer la progression, le développement et la transformation des processus endogènes et exogènes qui ont eu lieu sur la Lune.

Les auteurs ont appliqué cette nouvelle chronologie à la carte géologique lunaire globale à l'échelle 1:2.5 millions et a déjà des implications significatives pour l'étude de l'évolution géologique d'autres planètes rocheuses.

NB. La traduction français de la dénomination des éons est une interprétation libre du vocabulaire anglais par l'auteur. Par exemple, Liu et ses collègues utilisent les termes "Eolunarian", "Paleolunarian" et "Neolunarian". En français, une terminaison en "-ian" se traduit souvent par "-ien" (par exemple "Copernician" se traduit par "Copernicien"). Mais en français certains néologismes anglo-saxons sonnent mal, raison pour laquelle l'auteur a préféré la terminaison en "-aire" comme cela se pratique souvent (par exemple "Neolunar" fut traduit par "Néolunaire" et non pas par "Néolunarien").

Les découvertes récentes

Fréquence des impacts météoritiques

Depuis 3 milliards d'années, l'activité lunaire s'est assoupie, le bombardement météoritique s'est fait plus rare et le visage de la Lune ne s'est plus guère modifié. En un an et demi les sismographes ont enregistré 815 signaux d'impacts, dont les masses s'échelonnaient entre 50 g et 50 kg, auxquels il faut ajouter les milliers de micrométéorites qui criblent sa surface, pulvérisant le substrat en poussière.

Ce taux de changement à la surface de la Lune étant très variable au cours des âges, le visage de la Lune que l'on observe aujourd'hui est en réalité celui d'un astre très âgé; à l'époque des dinosaures déjà, la Lune présentait un visage pratiquement identique à celui que nous observons aujourd'hui !

Combien de météorites percutent aujourd'hui la Lune et quelle est la fréquence de ces impacts ? Sachant que les météoroïdes frappent la haute atmosphère de la Terre à raison d'environ 33 tonnes par jour (entre 0.4 et 300 tonnes/jour selon les estimations), on estime que la Lune en reçoit autant et à l'inverse de la Terre, tous percutent le sol puisque la Lune n'a pas d'atmosphère pour les brûler.

Impacts de météorites sur la Lune. A gauche, l'un des rares clichés pris sur le vif d'un impact météoritique sur la Lune. Au centre, les ingénieurs Heather McNamara et Danielle Moserdu du centre MSFC de la NASA ont enregistré en vidéo le 2 mai 2006 l'impact d'une météorite sur la Lune (le point brillant). L'explosion brilla à la magnitude 7, dont voici la courbe de lumière. Les auteurs estiment que la roche mesurait 25 cm de diamètre et se déplaçait à 38 km/s. Il s'agissait d'un impact sporadique. La météorite forma un cratère de 14 m de diamètre et de 3 m de profondeur. Cliquez sur l'image pour lancer le GIF animé. L'enregistrement vidéo a été ralenti 7 fois. Voici une version plus large où l'impact est mieux visible mais qui n'apporte pas beaucoup plus d'information (GIF de 2.4 MB). A droite, la simulation d'un impact montrant l'éjection du panache de poussière. Un phénomène similaire se produit lors de l'impact des sondes d'exploration lunaires en fin de mission. A ce jour 27 sondes spatiales se sont ainsi écrasées sur la Lune depuis Luna 2 en 1959, notamment le module de descente d'Apollo 11, divers Ranger, Orbiter, Surveyor et récemment la sonde Prospector en 1998. Bien que l'activité lunaire se soit assoupie depuis 3 milliards d'années, les sismographes laissés sur la Lune enregistrent en moyenne 600 impacts par an correspondant à des projectiles dont la masse varie entre 50 g et 50 kg, auxquels il faut ajouter les millions de micrométéorites. Documents NASA/MSFC et D.R.

Quant à la fréquence des impacts lunaires, avant la mission LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), selon Emerson Speyerer de l'Université d'Arizona, on estimait qu'il fallait des millions d'années pour que le régolite lunaire s'accumule sur 2 cm d'épaisseur. Mais suite aux données enregistrées par LRO, en 2016 les chercheurs de la NASA ont estimé que 99% de la surface de la Lune seraient recouverts par une nouvelle couche de débris après ~81000 ans, un taux plus de 1000 fois supérieur aux précédentes estimations.

Origine des fractures

Bien que les cratères de la Lune aient été bien documentés grâce aux missions Apollo et aux sondes spatiales, jusqu'à présent  les scientifiques savaient peu de choses sur la partie supérieure de la croûte lunaire appelée le mégarégolite ou l'écorce, c'est-à-dire le substrat rocheux situé sous la couche de régolite qui a subi l'essentiel des dégâts provoqués par le bombardement météoritique.

Dans une étude publiée par Sean E. Wiggins de l'Université Brown et ses collègues dans le "Journal of Geophysical Research: Planets" en 2019, grâce à des simulations les chercheurs ont montré que des impacts uniques pourraient fragmenter la croûte lunaire en blocs d'environ un mètre de large, créant des fissures superficielles s'étendant sur des centaines de kilomètres en surface et jusqu'à 20 km de profondeur. Cela suggère qu'une grande partie des fractures visibles dans le mégarégolite serait le résultat d'impacts uniques à grande vitesse, laissant la croûte complètement fracturée dès le début de l'histoire de la Lune.

La Lune rétrécit

Grâce aux données des sismomètres laissés sur la Lune par les équipages des missions Apollo et aux photographies prises par la sonde lunaire LRO, les sélénologues ont découvert qu'en se refroidissant, la Lune rétrécit : elle a perdu plus de 50 mètres au cours des derniers centaines de millions d'années, tout en se fracturant du fait que sa croûte superficielle est cassante. Ceci explique la présente de multiples failles de chevauchement qui poussent une partie de la croûte sur une partie voisine.

Le sismomètre équipé de panneaux solaires déposé par Buzz Aldrin le 21 juillet 1969. Document NASA/HQ AS11-40-5949.

Comme on le voit ci-dessous, vues de la surface lunaire, ces failles aux parois escarpées ressemblent à de petites falaises en forme de marches d'escalier, généralement de plusieurs dizaines de mètres de haut et s'étendant sur quelques kilomètres. En 1972, les astronautes Eugène Cernan et Harrison Schmitt ont exploré avec la rover lunaire une région de ce type sur la falaise de la faille Lee-Lincoln au cours de la mission Apollo 17 qui alunit dans la vallée de Taurus-Littrow.

Après avoir localisé les épicentres séismiques au moyen d'un nouvel algorithme, l'équipe de Thomas Watters du Centre d'études terrestres et planétaires du Musée Smithsonian de l'Air et de l'Espace a constaté que huit des vingt-huit tremblements de lune peu profonds se trouvaient à moins de 30 km des failles visibles sur les images lunaires prises par LRO. Ceci est suffisamment proche pour attribuer les tremblements aux failles car la modélisation effectuée par l'équipe montre qu'il s'agit de la distance le long de laquelle de fortes secousses sont attendues, compte tenu de la taille de ces escarpements. En outre, les résultats de cette analyse ont révélé que six des huit tremblements de lune avaient eu lieu lorsque la Lune était à son apogée ou près de son apogée - le point le plus éloigné de la Terre sur son orbite. C’est là que l'effet de marée supplémentaire dû à la gravité de la Terre provoque un pic du stress total, rendant plus probables les glissements de terrain le long de ces failles.

Selon Watters, "Il est très probable que ces huit tremblements de lune aient été provoqués par des failles glissantes, le stress accumulé lorsque la croûte lunaire ayant été comprimée par la contraction globale et les forces des marées indiquant que les sismomètres d'Apollo ont enregistré la contraction de la Lune et que celle-ci est toujours active tectoniquement."

Les chercheurs ont effectué 10000 simulations pour calculer le risque qu'une coïncidence produise le nombre de tremblements de lune proches des failles au moment du stress le plus fort. Ils ont trouvé une valeur inférieure à 4%. De plus, alors que d'autres évènements, tels que les impacts de météoroïdes peuvent produire des tremblements de lune, ils produisent une signature sismique différente de celle des tremblements de lune provoqués par des glissements de terrain.

A voir : Lee Lincoln Scarp at the Apollo 17 Landing Site, NASA

Le site d'alunissage d'Apollo 17 dans la vallée de Tarrus-Littrow (1972). Il se situe près d'un escarpement (les flèches) constitué de petites falaises en forme de marches d'escalier formées suite au chevauchement de la croûte lunaire provoqué par le rétrécissement de la Lune au cours de son refroidissement. Documents NASA/GSFC/U. Az/Smithsonian.

Selon Watters, "notre analyse fournit la première preuve que ces failles sont toujours actives et risquent de produire des tremblements de lune. Certains de ces tremblements peuvent être assez forts, environ 5 sur l'échelle de Richter."

Traces d'activité tectonique dans Mare Frigoris

Les scientifiques ont longtemps supposé que les mers lunaires étaient des plaines ou des bassins morts, des endroits où la dernière activité géologique remonte bien avant l'époque des dinosaures, entre 3.9 et 3.2 milliards d'années. Mais grâce à la mission LRO et l'étude de plus de 12000 images de la surface de la Lune, les chercheurs ont découvert qu'au moins une mer lunaire craque, se plisse et se déplace autant que d'autres parties de la Lune - et même peut-être encore de nos jours.

Dans une étude publiée par l'équipe de Nathan R. Williams du JPL dans la revue " Icarus" en 2019, les chercheurs se ont concentrés sur une région proche du pôle nord de la Lune appelée Mare Frigoris (64.38° à 49.08° N, 43.14° O à 38.03° E), une bande sombre qui s'étend sur 1446 km au-dessus des "deux yeux" de la Lune. Comme on le voit ci-dessous, les images révèlent des "crêtes ridées", des ecarpements lobés et des failles peu profondes appelées graben. Ils se formés suite à la contraction de la surface lunaire au cours de son refroidissement évoqué précédemment.

Des études antérieures avaient révélé des reliefs similaires dans les hauts-plateaux de la Lune, mais aucune ride de ce type n'avait jamais été observée dans les mers. À l'époque, les chercheurs avaient conclu que tous les bassins avaient cessé de se contracter il y a environ 1.2 milliard d'années. Cette étude confirme que Mare Firgoris contient des milliers de reliefs d'origine tectonique.

Photos de la surface de Mare Frigoris prises par la sonde spatiale LRO. De gauche à droite, des crêtes, des collines arrondies (escarpements lobés) et des failles peu profondes (graben). Documents NASA/JPL/LRO, PIA 23210, 23236 et 23237.

Sur Terre, c'est l'activité du manteau qui crée les plaques tectoniques dont les déplacements sont à l'origine de la formation des montagnes, des bassins et des tremblements de terre. La Lune n'ayant pas de plaques tectoniques, sa seule action tectonique possible se produit lorsqu'elle perd sa chaleur, un processus qui dure depuis 4.5 milliards d'années. Comme évoqué précédemment, cette perte de chaleur provoque le rétrécissement de son intérieur, le refroissement de la surface et la création des reliefs spécifiques décrits dans cette étude.

Au fur et à mesure que le sol sous Mare Frigoris se déplace, il élève les crêtes qui serpentent généralement sur plusieurs kilomètres. La plus longue s'étend sur environ 400 km et culmine à 333 mètres. Les poussées et les étirements tectoniques sur la croûte lunaire sculptent également les escarpements et les graben.

Selon Williams, "la Lune est encore tremblante et tremblante de ses propres processus internes [...] Elle perd de la chaleur depuis des milliards d'années, diminue de taille et devient plus dense." L'effet est similaire à celui d'un pneu de voiture en hiver : lorsque la température baisse, l'air à l'intérieur du pneu se contracte et crée une surface plus visqueuse.

Selon les chercheurs, certaines crêtes sont apparues au cours des derniers milliards d'années mais certaines pourraient ne pas avoir plus de 40 millions d'années. C'est relativement récent en termes géologiques.

Découverte d'un tunnel de lave

Etant donné qu'il y eut une activité volcanique sur la Lune, pendant des décennies les sélénologues ont recherché par satellite des grottes et autres cavités ayant pu servir de tunnel de lave comme il en existe de nombreux sur Terre autour des volcans. En 2014, la NASA avait annoncé que la sonde lunaire SELENE (Kaguya) avait découvert en 2009 des cavités dans le mont Marius, Mare Tranquillitatis et Mare Ingenii grâce à son radar LSR (Lunar Radar Soudner) équipé d'une antenne dipôle fonctionnant dans la bande 4-6 MHz. Par la suite, toutes les images en haute résolution prises par la sonde lunaire LRO furent scannées au moyen d'un algorithme spécifique qui a permis d'identifier de nombreuses cavités (cf. ces photos de la cavité de Mare Tranquilitatis et celle de Mare Ingenii). Au total, plus de 200 cavités mesurant entre 5 m et 900 m de diamètre ont été découvertes dans les plaines, les collines et les montagnes lunaires.

Emplacement et structure approximative de la cavité et du tunnel de lave découverts dans le mont Marius. Documents JAXA.

Puis en 2017, la JAXA et l'équipe de Tetsuya Kaku de l'Université de Tokaï annoncèrent la découverte d'un tunnel de lave sous la cavité du mont Marius ou MHH (Marius Hills Hole) qui se situe aux coordonnées sélénographiques de 14.100°N et 303.262°E. Ce n'est pas un cratère car un impact météoritique présente un rapport diamètre/profondeur de 5:1 alors que cette formation présente un rapport proche de 1:1. Comme on le voit ci-dessus, la cavité mesure environ 65 km de diamètre et 88 km de profondeur. Elle forme une cheminée qui donne accès à un tunnel de lave qui pourrait s'étendre sur 50 km sous la surface.

Actuellement on ignore si d'autres tunnels de lave existent sur la Lune et si celui-ci forme une cavité ou est obstrué. La NASA a donc préparé une mission pour la sonde spatiale LRO en orbite autour de la Lune depuis le 23 juin 2009 dans le but d'approfondir la question. Dans l'éventualité d'une colonisation de la Lune, ces cavités représentent également un abri idéal pour les futurs cosmonautes.

Y a-t-il de la vie sur la Lune ?

Poser la question sous-entend qu'il y a une réponse qui n'est pas celle à laquelle on s'attend. Nous verrons à propos de la contamination extraterrestre, qu'il est en effet possible que la Lune abrite non pas de la vie extraterrestre mais... des milliers de tardigrades importés de la Terre lors du crash de la sonde spatiale israélienne Beresheet en 2019. Vu les conditions extrêmes régnant sur la Lune, ceux qui auraient survécu au crash sont probablement en état de stase (cryptobiose). Dans quelques décennies, les astronautes en mission sur la Lune se chargeront peut-être de les retrouver et tenter de les réanimer.

On y trouve aussi les détritus et les matières fécales - contenant le microbiote - abandonnés sur la Lune dans près de 100 sacs par les différentes missions Apollo. Le microbiote humain étant beaucoup moins résistant que les tardigrades, il a certainement péri sous les effets du froid et des rayonnements ionisants. On y reviendra en bioastronomie.

Les Phénomènes Lunaires Transitoires

Quoi qu'en disent les simples curieux, l'observation de la Lune ne se résume pas à l'étude d'un paysage désolé, sans activité. A côté de l'observation des phénomènes d'occultations et d'appulses, la surface lunaire n'est pas tout à fait morte. Des spots et des rayonnements brillants s'intensifient sans rapport avec l'altitude du Soleil, des cratères demeurent invisibles temporairement... Si le sujet vous intéresse, consultez l'article sur ces Phénomènes Lunaires Transitoires, les fameux LTP.

Il y a encore de l'activité sur la Lune ! Et plus encore demain ...

Vu l'importance du sujet, nous aborderons la colonisation de la Lune dans un article séparé.

Pour plus d'informations

Sur ce site

Les roches lunaires

Définition des reliefs lunaires

Les Phénomènes Lunaires Transitoires

La colonisation de la Lune

Resolutions & agreements dont le Traité de l'Espace et l'Accord de l'Espace

A propos des missions Apollo

Apollo 40th Anniversary archives (les archives de la NASA)

Apollo Archive

Apollo 11 Anniversary

Le président Nixon téléphone à l'équipage d'Apollo 11 sur la Lune, YouTube, dont voici la transcription

Vidéos restaurées d'Apollo 11, NASA

Les bandes sons d'Apollo 11, NASA/Live365

Apollo 11 log (original) - Le log d'Apollo 11 (résumé)

Apollo Lunar Surface Journal (dont celui d'Apollo XI), NASA

Interview de Neil Armstrong (transcription), NASA, 2001

Tales from the Lunar Module Guidance Computer, Don Eyles, NASA OLD

Simulateur de l'ordinateur de guidage d'Apollo 11 (AGC)

Biomedical Results of Apollo, NASA/JSC

Astronaut biographies, NASA/JSC

NASA Images

Apollo Image Atlas, LPI

Apollo Lunar Surface Journal , NASA

Neil Armstrong nous a quitté (1930-2012), sur le blog

Site d'alunissage d'Apollo 17 - Taurus-Littrow (photo prise par la sonde spatiale LRO à 22 km d'altitude en août 2011)

The Moon Landings Were Not Faked, Dr Jim Scotti/LPI (si vous en doutiez encore!)

Moon Landing Footage Would Have Been Impossible to Fake. Here's Why, Space.com

Moon Base Clavius

Autres ressources

Carte plastifiée de la Lune, amds édition, 2011

Astrovisual Moon Phase (phases lunaires avec le nom des formations), Derekscope

Moon Trek (cartographie virtuelle), NASA

Atlas Virtuel de la Lune (logiciel à télécharger)

Sélénographie (PDF), Jérome Grenier

Atlas des cratères (PDF), Jérome Grenier

Lunaserv, cartographie de la Lune à partir des images de LRO

Lunar Photo Of the Day (LPOD)

The moon Wikispaces

The Geologic History of the Moon (PDF), USGS

The Lunar Sample Compendium, NASA/JSC

Coupes microscopiques de brèches lunaires (Union College)

Photographic Moon Book (PDF), Alan Chu

Atlas de la Lune, Antonin Rükl (version numérisée)

Lunar Map Catalog (cartes numérisées), LPI

Moonpans (photos, documents et maquettes)

Map-A-Planet, USGS

Out of the Cradle

Spacefacts

Simulations et images de la formation de la Lune, Robin Canup, SwRI

Moon to Mars, A Journey to Inspire, Innovate, and Discover (PDF), NASA, 2004

What if We Nuke the Moon? (effet d'une explosion nucléaire de 100 Mt, 2x la Tsar Bomba russe sur la Lune), Kurzgesagt - In a Nutshell, YouTube

Quelques livres, magazines, BD et romans (cf. détails dans ma bibliothèque dont les rubriques Astronomie et Instruments)

21st Century Atlas of the Moon, C.Wood et M.J.S.Collins, West Virginia University Press, 2013

The Kaguya Lunar Atlas: The Moon in High Resolution, M.Shirao et C.Wood, Springer-Verlag New York, 2011

Lunar Settlements, Haym Benaroya, CRC Press, 2010

NASA Apollo 11. Owner's Workshop Manual, C. Riley/P.Dolling, Haynes Publ., 2009

Voices from the Moon, Andrew Chaikin, Studio, 2009

Digital Apollo - Human and Machine in Spaceflight, D.Mindell, MIT Press, 2008

First Man: The Life of Neil Armstrong, J.Hansen, Simon and Schuster, 2006/2012

Le Grand Atlas de la Lune, T.Legault et S.Brunier, Larousse, 2004

Lunar Sourcebook (aussi en PDF), s/dir Grant H.Heihen et al., Cambridge University Press, 1991

Apollo Expeditions to the Moon, NASA, SP-350, Gov.Printing Office, 1975

The next 50 years on the Moon, Erik Bergaust, G.P.Putnam's Sons, 1974

National Geographic, December 1969 (Apollo 11)

Les premiers hommes sur la Lune, Wernher von Braun, Albin Michel, 1961

Les Aventures de Tintin - On a marché sur la Lune, Hergé, Casterman, 1954/2006

Les Aventures de Tintin - Objectif Lune, Hergé, Casterman, 1953/2006

Autour de la Lune, Jules Verne, Le Livre de Poche, 1870/2017

De la Terre à la Lune, Jules Verne, Le Livre de Poche, 1865/2001.

Retour sur la Lune

Retour au système solaire

Retour à l'astronautique

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