Une vision d'artiste de l'intérieur de la Lune alors que son cœur liquide était encore en mouvement, générant un champ magnétique. © Hernán Cañellas

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Le champ magnétique lunaire aurait duré bien plus que prévu

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Les roches lunaires gardent en mémoire le champ magnétique de notre satellite naturel. De nouvelles analyses montrent que ce champ aurait duré au moins deux milliards d'années, soit bien plus que prévu.

  • Les spécialistes pensent que les champs magnétiques des planètes rocheuses proviennent de la partie liquide de leur cœur de fer, quand les mouvements de convection y sont assez forts pour générer un effet dynamo. Plusieurs sources d'énergie peuvent maintenir cette dynamo active.
  • Mais que s'est-il donc passé dans le cas de la Lune ? La dernière analyse d'un échantillon de roche lunaire montre que le champ de notre satellite est resté notable pendant un milliard d'années de plus que prévu. Ceci est sans doute en grande partie dû aux forces de marée terrestres.

Que la Lune soit née suite à une collision entre la Terre et une planète de la taille de Mars baptisée Théia ou bien qu'elle soit issue de l'impact de plus petites planètes survenu il y a environ 4,5 milliards d'années, elle a dû hériter d'un réservoir de chaleur interne. Ce dernier devait provenir aussi bien d'un stock d'éléments radioactifs que de la conversion de l'énergie gravitationnelle d'accrétion en chaleur. Mais, contrairement à la Terre, ce stock s'est déjà épuisé. Ainsi, la Lune est désormais un monde mort, où tout volcanisme actif semble avoir disparu et où aucune dynamo produite par des mouvements de convection dans un cœur de fer liquide ne semble plus pouvoir générer un champ magnétique.

Toutefois, en cherchant à reconstituer l'histoire de notre satellite grâce à l'héritage des missions Apollo, les planétologues repoussent de plus en plus loin dans le temps la fin de l'activité lunaire : des volcans y étaient peut-être encore en éruption il y a 18 millions d'années et les bornes sur la présence d'un champ magnétique lunaire conséquent sont de plus en plus jeunes. En voici un nouvel exemple avec un article publié dans Science Advances, notamment par des chercheurs du MIT qui ont compulsé les archives magnétiques lunaires présentes dans un échantillon de roche ramené par la mission Apollo 15.

Une vue du site d'alunissage de la mission Apollo 15 livrée par la sonde japonaise Kaguya. © Jaxa

Des indices grâce au bombardement météoritique de la Lune

Cela fait des années déjà que Benjamin Weiss fouille ces archives lunaires. La dernière d'entre elles provenait de la mission Apollo 11 (voir article ci-dessous). La tâche n'est pas aisée car les mémoires magnétiques s'enregistrent à partir de roches chauffées qui se refroidissent : elles s'aimantent en dessous d'une certaine température en fossilisant l'orientation et l'intensité du champ dans lequel elles sont plongées. Le phénomène est bien connu sur Terre car il a permis de découvrir les fameuses inversions magnétiques. Or, la fin précoce d'une forte activité volcanique sur la Lune signifie aussi une baisse précoce de l'enregistrement du champ magnétique lunaire. En effet, les laves crachées par les volcans se sont faites de plus en plus rares avec le vieillissement de la Lune.

Mais, comme Benjamin Weiss et ses collègues l'ont montré, il y a toutefois une échappatoire. Le bombardement météoritique de la Lune, bien qu'il ait, lui aussi, rapidement baissé avec le temps, s'accompagne parfois de chocs si violents que l'énergie libérée peut faire fondre les roches ou, pour le moins, augmenter sérieusement leurs températures, réactivant le processus de mémorisation magnétique.

Une coupe de l'échantillon lunaire 15498 ramené par la mission Apollo 15. © Nasa

L'échantillon lunaire 15498 révèle la mémoire d'un champ magnétique

Ces chocs produisent des « brèches d'impact », c'est-à-dire des conglomérats de fragments de roche rassemblés à la suite de l'impact d'un petit corps céleste. La brèche d'impact analysée est un échantillon lunaire figurant sur les catalogues de la mission Apollo 15 sous le nombre 15498. Il a été récolté en 1971 par les astronautes David Scott et James Irwin sur les bords du cratère Dune (ainsi nommé en hommage au célèbre roman de Frank Herbert).

Il se trouve que le verre volcanique entourant ces fragments de roche est une excellente mémoire magnétique. Celui-ci s'est formé il y a 1 à 2,5 milliards d'années et garde la mémoire d'un champ magnétique dont l'intensité était de 5 microteslas. C'est dix fois plus faible que la valeur du champ magnétique actuel de la Terre, mais c'est 1.000 fois plus élevé que la valeur du champ magnétique interplanétaire dans lequel le système Terre-Lune est plongé.

Le champ magnétique lunaire aurait donc existé au moins pendant 2 milliards d'années, alors que les forces de marée provoquées par la Terre étaient plus fortes qu'aujourd'hui (car la Lune était alors plus proche ; elle ne cesse de s'éloigner depuis lors). Ces forces de marée devaient chauffer notre satellite, à la façon dont celles de Jupiter chauffent Io de nos jours.

Pour en savoir plus

Le champ magnétique lunaire aurait duré au moins 800 millions d'années

Article de Laurent Sacco publié le 31/01/2012

Un nouvel échantillon de roche lunaire apporte de l'eau au moulin de ceux qui pensent que la Lune possédait autrefois son propre champ magnétique généré par effet dynamo. Surtout, une roche lunaire rapportée sur Terre par Apollo 11 indiquerait que cette dynamo était encore active 800 millions d'années après la formation de la Lune, une longévité qui bousculerait ce que l'on pensait jusqu'à présent.

La Lune a-t-elle un jour généré son propre champ magnétique ? La question est débattue depuis un certain temps. On a tout de même trouvé des traces de champs magnétiques fossilisés dans les roches lunaires rapportées par les missions Apollo et des champs magnétiques rémanents ont été mesurés depuis l'espace, comme la sonde Clementine l'a montré.

Une vue de l'échantillon de roche lunaire 10020 collecté par Neil Armstrong et Buzz Aldrin. © Nasa

Une précédente analyse d'un échantillon de roche lunaire avait indiqué qu'il devait y avoir un champ magnétique important et stable à la surface de la Lune il y a 4,2 milliards d'années. Le problème est qu'en raison de la petite taille de la Lune, elle ne devait pas avoir suffisamment de réserves d'énergie, que ce soit sous forme d'éléments radioactifs ou de chaleur d'accrétion résiduelle, pour avoir pu garder un noyau convectif produisant le champ magnétique mesuré. On sait que sur Terre, il en est tout autrement et que la dynamo autoexcitatrice, dont on explore le fonctionnement en laboratoire au moyen de l'expérience VKS, est toujours active.

Un groupe de chercheurs vient pourtant d'apporter une nouvelle pièce au débat en publiant dans Science un article portant sur l'analyse d'un basalte lunaire. Récoltée sur la surface de la Lune par Neil Armstrong et Buzz Aldrin (que l'on a pu voir récemment aux commandes du LHC) à l'occasion de la mission Apollo 11, la roche lunaire porte le numéro 10020 dans les archives de la Nasa.

Une coupe de l'échantillon de roche lunaire 10020 rapporté par Apollo 11. L'observation est faite avec un microscope à lumière polarisée, ce qui donne les couleurs particulières aux minéraux de la roche. © Nasa

Une dynamo entretenue par des forces de marée ?

Les cosmochimistes ont daté l'échantillon 10020 grâce à la méthode du potassium-argon. L'âge de la roche récoltée sur le bord sud-ouest de la mer de la Tranquillité a été estimé à environ 3,7 milliards d'années, c'est-à-dire après la fin du fameux Grand Bombardement tardif. Or, les chercheurs ont mesuré aussi la présence d'un champ magnétique rémanent.

Se posait alors la question de savoir si ce champ était le reste d'une magnétosphère propre à la Lune ou bien le reste d'un champ magnétique transitoire généré bien après la formation de la roche, à l'occasion d'un impact de météorite. Ce champ se serait figé dans le basalte si sa température a préalablement augmenté transitoirement elle aussi.

Pour éliminer cette possibilité, il suffisait de réaliser de nouvelles mesures portant sur les isotopes de potassium-argon, utilisables en tant que thermochronomètres. Ces mesures ont révélé que seule la lumière du Soleil avait pu chauffer 10020 depuis sa cristallisation il y a 3,7 milliards d'années.

Il semble donc bien qu'un champ magnétique important, généré par effet dynamo, existait encore sur la Lune 800 millions d'années après sa formation. Ce qui pose le problème de la source d'énergie responsable de l'entretien de mouvements de convection turbulents dans le petit noyau métallique de la Lune de cette époque. Notre planète pourrait en être la cause puisque son satellite en était alors plus proche et la Terre a pu chauffer le noyau lunaire par le jeu des forces de marée.