La Lune, une histoire sans fin

Jean Louis Vigneresse, Université de Lorraine

Avec la sonde chinoise qui s’est posée sur la face cachée de la Lune, on reparle beaucoup de notre satellite. Pour une fois que ce n’est pas Mars ou Pluton, et que l’on n’est pas dans la période pré-budgétaire de la NASA.

On vient également de dater un échantillon ramené par la mission Apollo 14, le fameux (ou qui va le devenir) : 14231,46, c’est-à-dire le 46^e fragment de l’échantillon 231 de la mission A14.

C’est sous ce nom officiel que ses tuteurs, Alan Shepard et Edgar Mitchell l’on déclaré à la NASA. Lequel échantillon vient d’être analysé par Jeremy Bellucci et ses coauteurs.

Petit échantillon de 14×10 cm dans lequel se trouve une brèche de couleur claire, qu’on nomme familièrement « felsite clast ». Pourquoi ce nom ? Felsite cela signifie minéraux clairs, c’est normal il y a en effet du quartz, du feldspath et (heureusement) des zircons. Ces petits grains (100-200 microns) sont entourés d’une matrice encore plus fine, signe d’un impact. Des signes de fusion et de recristallisation sont d’ailleurs observés qui confirment son origine.

Des petits grains, plus fins que le millimètre ? Oui, mais là où cela devient intéressant, c’est que les grains de zircon ont été analysés et datés. Les roches lunaires sont le plus souvent sombres, signe d’affinité avec le basalte, qui lui ne contient pas de quartz, ou vraiment très rarement. Donc le fait de voir ces minéraux clairs est en soi une indication de quelque chose d’anormal. La très petite taille des grains minéraux en est une autre, signe de probable origine par impact. Et à ce moment, on change d’échelle. On se doutait de l’origine de la lune par impact d’un (ou plusieurs) corps planétaires, et ceci dès 1978, comme le formulait déjà A.A. Ringwood.

La Lune est-elle un petit morceau de Terre ?

La lune serait une partie de la terre éjectée à cette occasion. Par la suite, les modèles se sont affinés, ou compliqués, mais restaient à véritablement démontrer.

Pour cela, il y a tout d’abord la géochimie, avec les teneurs en métaux des roches terrestres et lunaires. Les teneurs, et surtout les rapports isotopiques du silicium et de l’oxygène, mais aussi des métaux comme le tungstène et le chrome, sont très voisins. Il y a ensuite l’âge de ces roches lunaires. C’est en partie un grand progrès apporté par les missions Apollo. Avec ces échantillons, il a été possible de dater plus précisément l’impact. Tout d’abord la géochimie qui indique des anomalies en cérium (Ce), minéral sensible à la teneur en oxygène. Cela indique une pression en oxygène de 2 à 4 ordres de grandeur plus importants que ceux habituellement observés sur les échantillons lunaires. Donc une origine probablement terrestre.

Les chercheurs, en utilisant des thermomètres chimiques, découvrent ensuite des températures de 771 à 810 °C, bien plus basses que celles de la formation des magmas lunaires. De même, les pressions lors de la cristallisation donnent des valeurs de 6.9 kbar, soit environ 170 km de profondeur sur la lune. C’est en contradiction avec les modèles d’éjection d’échantillon. Il faut donc admettre que l’on est en présence d’un échantillon préservé de roche d’origine terrestre. Les précédentes données de température et pression en feraient une origine moins profonde sur la terre, 19 km, donc compatible avec un modèle de relique de matériel terrestre. L’âge enfin, que l’on estime à 4 011 ± 10 millions d’années. Ce seraient, en fait les roches magmatiques les plus vieilles à ce jour, et datées sur terre. Et tout cela découvert, presque par hasard sur des échantillons ramenés en 1971.

Je ne résiste pas à raconter cette anecdote sur les datations, telle que je l’ai entendue narrer par Ian Williams, de l’Australian National University (ANU), à Canberra. C’est le grand spécialiste des datations par Shrimp, minuscule sonde à haute résolution sur les zircons.

De la chance dans les sciences

Après les missions lunaires, vers 1975, il y eut une course effrénée de tous les laboratoires, à qui trouverait les roches terrestres les plus anciennes. Systématiquement, les résultats butaient sur des âges proches de 3.8 Ga (milliard d’années). Or, on savait que la Terre s’était formée plus tôt, vers 4.47 Ga, un peu après la formation du système solaire.

Donc, les chercheurs butaient, et les organismes bailleurs de fonds s’impatientaient. Puis ils se sont lassés. En 1989, Ian Williams, Samuel Bowring et William Compston partent tout au nord du Canada, dans la Province des Esclaves (Slave Province) vers les gneiss d’Acasta, une formation ancienne. Il fait un temps de chien, avec un brouillard dense. Le pilote de l’hélicoptère est perdu dans sa navigation aux instruments. Soudain, une éclaircie. Ils se posent, échantillonnent pour sauver ce qui reste de la mission, et repartent dans le brouillard. Au retour au laboratoire à Canberra, Ian Williams date les zircons qu’il a préalablement triés. Bingo, la machine indique 3.96 Ga. Ce sont les plus vieux zircons magmatiques qui feront la couverture de l’article dans Geology en 1989. Plus tard, je travaillerai avec un étudiant de Toronto dans cette même Slave Province, mais ce sera sur des granites datés à 2.59 Ga seulement.

Alors pourquoi cette anecdote, qui complète celle des échantillons lunaires. Elle illustre assez bien le phénomène de la recherche. Une goutte de hasard dans un océan de travail intense. Certes, il arrive que ce hasard soit un peu provoqué, ou du moins que la personne soit en état de réception plus favorable. C’est ce qui ressortait de commentaires publiés sur ce site sur l’enseignement et la recherche.

Jean Louis Vigneresse, Géophysicien, Université de Lorraine

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.