Voilà plus de 50 ans, depuis que les premières missions Apollo ont rapporté des échantillons de la surface de l’astre sélène, que les scientifiques s’interrogent sur l’origine de l’étrange composition de la croûte lunaire. Si le scénario du « retournement du manteau » est mis en avant depuis quelque temps, une nouvelle étude vient l’appuyer via l’observation d’étranges anomalies de gravité.
Il y a 4,5 milliards d’années, une petite planète nommée Théia est venue percuter la toute jeune Terre. De cette collision titanesque est née la Lune. Une naissance violente donc, qui pourrait expliquer la particularité géologique de notre satellite naturel.
Une croûte anormalement riche en éléments lourds
Ce sont les missions Apollo qui ont révélé la spécificité de la Lune et lancé le débat autour de sa formation. Il y a plus de 50 ans maintenant, les premiers astronautes ayant foulé le sol lunaire sont revenus avec des kilos de roches à la composition plutôt… intrigante. Dans les échantillons de roches basaltiques, les scientifiques ont en effet découvert de fortes concentrations d’oxyde de fer et de titane, des éléments lourds qu’ils ne s’attendaient pas du tout à trouver à la surface en si grande quantité dans ces vastes étendues sombres que l’on appelle les « mers lunaires ».
Sur Terre, la majeure partie des métaux lourds a en effet migré vers le noyau lors de la phase de différenciation planétaire, au tout début de l’histoire de la planète. Il en résulte un manteau composé très majoritairement de minéraux légers comme les silicates. La présence de fer et de titane dans les roches magmatiques de la croûte lunaire indique donc que le manteau de notre satellite possède une composition bien différente. Des observations réalisées grâce aux satellites révéleront d’ailleurs un autre fait inhabituel : ces roches volcaniques riches en titane sont une spécificité de la face visible de la Lune, la face cachée ne semblant pas posséder une telle anomalie de composition. Au final, c’est un peu comme si la Lune avait été formée à la va-vite, sans que l’on respecte vraiment la notice de montage !
L’hypothèse du retournement du manteau lunaire
Comment donc expliquer une telle hétérogénéité de la surface lunaire et surtout la présence de si grandes quantités de minéraux lourds en surface ? Depuis des dizaines d’années, les chercheurs s’arrachent les cheveux pour répondre à cette question. Parmi les hypothèses proposées, une depuis quelque temps retient l’attention. C’est celle dite du « retournement du manteau lunaire ». Pour expliquer la géologie de la croûte lunaire, il a en effet été proposé qu’à la suite de sa formation (plutôt rapide), la Lune ait été recouverte d’un océan de magma. Au fur et à mesure de son refroidissement et de sa solidification, cet océan de roche fondue se serait différencié pour former le manteau et la croûte. C’est à la fin de cette étape de cristallisation que se seraient formées les ilménites, des minéraux composés principalement de fer et de titane, à l’interface entre la croûte et le manteau. Le problème est que ces minéraux étaient bien plus denses que ceux composant le manteau sous-jacent. En théorie, ils auraient donc dû alors couler dans le manteau. Après s’être mélangé aux minéraux du manteau, ce matériel aurait ensuite fondu puis serait retourné en surface, sous la forme de laves riches en titane, expliquant ce que l’on observe aujourd’hui. Sauf que dans ce scénario, rien n’explique pourquoi ces laves se sont concentrées sur le côté visible de la Lune. De nombreuses questions persistent également sur la façon dont s’est opérée la descente des ilménites au sein du manteau. En masse ? Au fur et à mesure de la cristallisation ? Et surtout, quand ?
Un impact géant sur la face cachée pour expliquer la concentration en titane sur la face visible
Une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Geoscience semble toutefois apporter des réponses. Grâce à des modélisations numériques, des chercheurs révèlent que les cristaux d’ilménite, distribués initialement de façon homogène sous la croûte lunaire, auraient migré vers la face visible sous l’effet d’un gigantesque impact d’astéroïde sur la face cachée, celui-là même ayant donné naissance au cratère géant connu sous le nom de Bassin du pôle Sud-Aitken, qui mesure 2 500 kilomètres de diamètre. Principalement accumulés sur l’hémisphère opposé à l’impact, les ilménites auraient ensuite commencé à couler dans le manteau, formant des sortes de « cascades » de minéraux. Des cascades qui auraient laissé des traces de leur passage dans le manteau. Du matériel riche en titane aurait en effet été « abandonné » le long des chemins de descente des ilménites, produisant des anomalies de gravité bien caractéristiques. C’est en observant ce schéma d’anomalies sur les modèles numériques que les chercheurs se sont rendu compte qu’il ressemblait très fortement à celui mesuré par deux sondes de la Nasa lors de la mission Grail en 2011 et 2012.
La concordance des mesures et des simulations appuie donc l’hypothèse d’un retournement du manteau. Grâce à l’étude des cratères d’impact, les chercheurs ont même pu dater à 4,22 milliards d’années le moment où les ilménites ont commencé à couler dans le manteau lunaire.