La Lune contiendrait bien plus d'eau que prévu. Ici, le « sol orange » découvert par le géologue Harrison Schmitt lors de la mission Apollo 17, non loin du site d'alunissage de Taurus-Littrow. L'objet à gauche est un gnomon associé à une charte photométrique qui sert de référence pour interpréter les couleurs de l'image. © Nasa, Marco Faccin/Lunar Explorer Italia/IPF

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La Lune contiendrait bien plus d'eau que prévu

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Les données collectées par la sonde indienne Chandrayaan-1 ont permis l'analyse de la composition des roches volcaniques présentes à la surface de la Lune. Résultat : le manteau de notre satellite naturel contient de l'eau en importance alors que celle-ci devrait être en quantité négligeable du fait du scénario de la collision entre la Terre et Théia.

Depuis une dizaine d'années, plusieurs équipes de chercheurs (souvent de l'université Brown, à Providence, dans l'État de Rhode Island, aux États-Unis) accumulent des preuves de l'existence d'importantes quantités d'eau dans le manteau de la Lune. En voici un nouvel exemple avec la publication d'un article dans Nature Geoscience. Or, la présence de cette eau est particulièrement surprenante, à tel point qu'elle pourrait bien nous conduire à revoir quelque peu le scénario de la formation de notre satellite.

En effet, nous avons de très bonnes raisons de croire que la Lune s'est formée par accrétion des produits éjectés par la collision entre la jeune Terre et une petite planète de la taille de Mars baptisée Théia (une variante faisant intervenir plusieurs collisions avec des planètes naines a toutefois été proposée récemment). Or, ces produits devaient être à hautes températures. L'eau qu'ils pouvaient contenir aurait donc dû s'évaporer avec d'autres éléments volatils.

En 2008, dans une publication du journal Nature, le géochimiste Alberto Saal avait montré, avec des collègues, qu'il y avait bel et bien de l'eau dans le manteau lunaire, au moins dans certaines régions (voir article ci-dessous). Prudent à l'époque, et parce qu'il ne disposait pas des données nécessaires, il n'avait pas avancé d'estimation précise de la quantité d'eau présente dans la totalité du manteau de la Lune.

Lancée le 14 septembre 2007, la mission japonaise Selene (rebaptisée Kaguya du nom d'une princesse d'un célèbre conte) a fourni une moisson extraordinaire de résultats et, surtout, des vidéos stupéfiantes de la surface de notre satellite. Voici une compilation des plus remarquables d'entre elles. © Astroclubul

Des roches lunaires 100 fois plus riches en eau

Quelques années plus tard, Alberto Saal et d'autres chercheurs se sont intéressés à des inclusions vitreuses découvertes dans des échantillons du fameux « sol orange » de la mission Apollo 17. Les géologues lunaires pensent qu'il s'agit des restes d'une éruption explosive, avec des fontaines de lave, s'étant produite il y a 3,64 milliards d'années. Ces inclusions étaient, à l'origine, des petites gouttelettes de magma ; elles ont été piégées par la suite dans un minéral. Elles constituent un outil puissant pour quantifier l'abondance d'eau dans les magmas aux stades pré-éruptifs.

Stupéfaits, les géochimistes avaient découvert que certaines inclusions étaient 100 fois plus riches en eau qu'on ne l'imaginait ! Leur contenu en autres éléments volatils était également très semblable à celui des basaltes des rides médio-océaniques sur Terre. Cela indiquait donc que certaines parties de l'intérieur de la Lune contenaient autant d'eau que le manteau supérieur de notre planète. Mais de nouveau, on ne pouvait rien conclure quant à la présence de l'eau dans tout le manteau lunaire.

Les fausses couleurs sur cette image indiquent le contenu en eau des dépôts volcaniques lunaires. Le contenu est maximal dans les zones jaune et rouge et minimal dans les zones bleues. © Milliken lab, Brown University

Les chercheurs ont trouvé le moyen de contourner le problème de la rareté des échantillons de roches lunaires provenant de la surface de notre satellite en utilisant les données spectroscopiques collectées par la sonde indienne Chandrayaan-1 alors qu'elle était en orbite autour de la Lune. La lumière mesurée par les instruments de la sonde permet en effet de remonter à la composition minéralogique du sol lunaire. Il est donc possible de déterminer, dans une certaine mesure, le contenu chimique des dépôts pyroclastiques laissés par des éruptions volcaniques un peu partout sur la surface de notre satellite naturel.

Ces roches nous donnent des renseignements sur la composition du manteau lunaire puisque les laves refroidies qui les constituent sont des échantillons du magma qui s'est formé dans ce manteau à partir de la fusion partielle des roches présentes. Le verdict est tombé : ces laves avaient des contenus en eau similaires à ceux des roches ramenées sur Terre par les missions Apollo 15 et 17. Cela suggère bien que le contenu en eau de tout le manteau de la Lune est nettement plus élevé que ce qui est prévu par la théorie de la collision avec Théia. Reste à expliquer pourquoi...

Pour en savoir plus

Il y a de l'eau dans la Lune !

Article de Jean-Luc Goudet publié le 12/07/2008

Une analyse fine des échantillons lunaires ramenés par les missions Apollo a montré la présence de petites quantités d'eau incluses dans le basalte vitrifié. La thèse de la formation du couple Terre-Lune né d'un formidable impact s'en trouve renforcée.

En utilisant une variante récente de l'analyse par spectrométrie de masse, une équipe américaine a décelé des traces d'eau dans de minuscules grains vitreux d'origine volcanique ramenés de la Lune par les astronautes des missions Apollo 11, 15 et 17. Les résultats, qui viennent d'être publiés dans la revue Nature, apportent des précisions au scénario de la formation de la Lune et démontrent sans ambigüité que de l'eau est bien présente dans les couches profondes de la Lune.

Alberto Saal et son équipe (Department of Geological Sciences, Brown University, Etat de Rhode Island) sont partis à la recherche de produits volatiles (gaz carbonique, eau, fluor, soufre et chlore) inclus dans le basalte lunaire. La technique utilisée est la spectrométrie de masse à ionisation secondaire (Secondary ion mass spectrometry, SIMS). Son principe est de bombarder l'échantillon avec des faisceaux d'ions pour vaporiser le matériau à étudier sous forme d'ions, dits secondaires, dirigés vers un spectromètre de masse classique. On peut ainsi analyser précisément la structure chimique d'une surface et même répéter l'opération pour étudier l'échantillon en profondeur. De conception ancienne, la SIMS a bénéficié de progrès récents.

Cette nouvelle a mis en évidence la présence d'eau — 46 parties par millions (ppm) —, à l'intérieur même du basalte, ce qui exclut une contamination par de l'eau terrestre depuis le retour des échantillons. Les auteurs affirment également que cette eau ne peut provenir d'une pollution par l'hydrogène du vent solaire.

Des billes de magma vitrifié ramenées par les missions lunaires du programme Apollo. À l'intérieur, de l'eau attend les spectromètres de masse depuis 4,5 milliards d'années. © Nasa

De l'eau dans le manteau lunaire

L'eau était donc bien présente dans les magmas surgis des profondeurs lors d'éruptions volcaniques que l'on date à plus de trois milliards d'années. Selon les auteurs, compte tenu de la quantité d'eau qui se perd dans l'espace au moment où la lave est éjectée, le magma, avant son éruption, devait contenir environ 750 ppm, c'est-à-dire la même teneur que celle des magmas issus du manteau terrestre au niveau des dorsales médio-océanique.

Voilà, si l'on ose dire, de l'eau apportée au moulin de l'hypothèse désormais classique de la formation du couple Terre-Lune. Selon ce scénario, il y a 4,5 milliards d'années, une planète de la taille de Mars aurait percuté la Terre primitive. Après choc, les parties centrales des deux corps se sont mises à tourner l'une autour de l'autre, entourées des débris arrachés, qui ont fini par retomber pour former la Terre et la Lune. L'eau aurait donc déjà été présente dans le manteau supérieur terrestre dès la formation de notre planète, qui en contiendrait autant que le manteau lunaire.

Toutefois, les auteurs se gardent bien de prédire combien la Lune contient d'eau ni, surtout, si notre satellite pourrait porter quelque part de l'eau sous forme de glace. L'hypothèse est avancée depuis longtemps. La sonde franco-américaine Clementine (1994) et Lunar Prospector (1998) avaient détecté la présence d'hydrogène qui pouvait plaider pour la présence de glace dans les cratères polaires éternellement à l'ombre. Mais en 2006, une analyse radar depuis la Terre avait montré que cet hydrogène résiduel n'est pas confiné dans ces cratères obscurs. Il ne peut donc provenir de glace exposée à la surface puisqu'elle se sublimerait aux premiers rayons de soleil. Les deux prochaines missions lunaires de la Nasa, Lunar Reconnaissance Orbiter et Lunar Crater Observation and Sensing Satellite, qui doivent être lancées l'an prochain, étudieront cette question, entre autres expériences.

Mais qu'il y ait de la glace ou non, on sait maintenant qu'il y a de l'eau sur la Lune ou plutôt dans la Lune...

  • L'analyse de certaines roches volcaniques ramenées sur Terre par les missions Apollo laissait déjà entendre que certaines parties au moins du manteau lunaire contenaient presque autant d'eau que les roches du manteau supérieur de la Terre.
  • L'analyse des données collectées ensuite par la sonde Chandrayaan-1, quand elle était en orbite autour de la Lune, tend à confirmer que de l'eau est présente dans tout le manteau lunaire.
  • Cette découverte est étonnante. En effet, le matériau lunaire a été porté à hautes températures avant la naissance de la Lune. Il ne devrait donc contenir que très peu d'eau et celle-ci aurait dû s'évaporer il y a plus de 4,5 milliards d'années.
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