La surface de la Lune. © Aleksandr, Adobe Stock
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Comment un impact géant d'astéroïde a changé la face de la Lune

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Une nouvelle étude de cratères à la surface de la Lune tend à associer l'asymétrie entre les deux faces lunaires à un impact météoritique massif au niveau de son pôle sud, en suivant l'hypothèse que ce dernier aurait ainsi motivé les processus volcaniques au niveau de sa face visible, tournée vers la Terre.

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[EN VIDÉO] GRAIL filme la face cachée de la Lune  Premières images prises par les sondes lunaires GRAIL montrant la face cachée de la Lune. La face cachée de la Lune est celle que l'on n'aperçoit jamais depuis la Terre. © Nasa 

La Lune présente constamment la même face à la Terre : elle est verrouillée par effet de marée (sa période de rotation est égale à sa période de révolution), et possède par conséquent une face cachée, invisible depuis la Terre. Les différences entre les deux faces ont été mises au grand jour dès le premier survol de la face cachée par la sonde soviétique Luna 3, en 1959 : les scientifiques ont alors découvert une surface rugueuse et fortement cratérisée (appelée les hautes terres), à l'inverse de la face visible qui est jonchée de mers lunaires - de larges plaines basaltiques d'apparence sombre et lisse.

Des compositions chimiques différentes expliqueraient-elles l’asymétrie lunaire ?

Mais les éléments qui distinguent les deux faces lunaires ne sont pas uniquement géomorphologiques : des missions postérieures à Luna 3 ont également révélé d'importantes différences de composition géochimique entre les deux faces. La face visible abrite une anomalie de composition chimique appelée Procellarum KREEP Terrane (PKT), caractérisée par d'importantes concentrations en potassium (K), en terres rares (REE), en phosphore (P) ainsi qu'en d'autres éléments producteurs de chaleur tels que le thorium (Th). Cette anomalie est largement représentée au niveau et autour de l'océan des Tempêtes (Oceanus Procellarum) et est globalement retrouvée sur la face visible, mais semble bien plus éparse au niveau de la face cachée. 

Cartes présentant l'asymétrie de composition chimique (Th et Ti) entre les deux faces lunaires (à gauche, la face visible ; à droite, la face cachée). Les pointillés blancs représentent le bassin Pôle Sud-Aitken, tandis que le contour violet représente la formation PKT. © Jones et al., 2022

Les scientifiques s'accordent actuellement à pointer du doigt l'anomalie chimique PKT pour expliquer la dichotomie entre les deux faces lunaires : caractérisée par de fortes concentrations en éléments producteurs de chaleur, cette anomalie aurait pu avoir la capacité de motiver des processus volcaniques tardifs au niveau de la face visible de notre satellite. Mais le mécanisme à l'origine de cette anomalie restait encore inconnu : présentant également de fortes concentrations en éléments incompatibles (qui ont tendance à se concentrer dans la phase liquide lors de la cristallisation fractionnée d'un magma), les éléments caractérisant le KREEP auraient par conséquent cristallisé en dernier, et auraient ainsi formé de manière relativement uniforme la couche supérieure du manteau lunaire ; une nouvelle étude semble indiquer que l'impact météoritique à l'origine de la formation du bassin Pôle Sud-Aitken (second plus grand bassin d'impact du système solaire, situé au niveau de pôle sud lunaire, et dont une petite partie est représentée sur la face visible -- 2.500 kilomètres de diamètre pour 12 kilomètres de profondeur) aurait pu redistribuer les éléments constituant le KREEP de manière préférentielle au niveau de la face visible : en effet, la formation du bassin Pôle Sud-Aitken semble correspondre temporellement à la formation des dernières mers lunaires.   

Un impact météoritique colossal aurait redistribué des éléments chimiques autour de la Lune

L'équipe de chercheurs a alors produit des modèles numériques pour simuler l'effet de la vague de chaleur générée par un tel impact sur l'intérieur de la Lune, et sur une éventuelle redistribution des éléments KREEP. Leurs simulations se sont montrées largement concluantes : pour tout scénario d'impact simulé (d'un impact direct et violent à un impact à faible vitesse et faible angle), la quantité d'éléments KREEP mobilisés varie, mais résulte systématiquement en des concentrations élevées en ces éléments autour de la face cachée, conformément aux anomalies KPT observées. Ainsi, les scientifiques soutiennent l'idée que l'impact météoritique à l'origine du bassin Pôle Sud-Aitken aurait permis d'excaver de la matière jusque dans le manteau supérieur, sous la croûte.

Et les arguments de datation de différentes structures lunaires de la face visible semblent soutenir cette idée : le comptage de cratères dans la zone des PKT indique que cette formation serait postérieure à la formation du bassin d'impact du pôle sud, et les mers basaltiques les plus anciennes seraient datées à -4,3 milliards d'années (soit environ 200 millions d'années après l'impact d'Aitken) ; leur modèle montre en effet une asymétrie thermique entre les deux faces sur plus de 600 millions d'années après l'impact, causée par l'asymétrie en composition chimique et motivant les processus volcaniques sur la face visible.


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