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Sur la Lune, l'Océan des tempêtes ne serait pas un cratère

ActualitéClassé sous :Système solaire , lune , Volcan

Le programme Apollo avait permis de conclure que les cratères ainsi que les mers lunaires résultaient directement des impacts d'astéroïdes et non pas d'éruptions volcaniques. On revient sur cette hypothèse à propos de l'Océan des tempêtes, la plus grande des mers lunaires. L'étude du champ de gravitation de la Lune réalisée par la mission Gravity Recovery and Interior Laboratory (Grail) fait jouer de nouveau un rôle important au volcanisme.

Ces trois images montrent La Lune observée en lumière visible (à gauche), sa topographie au centre (le rouge indique les reliefs élevés et le bleu les régions de faible altitude), et les gradients de gravité mesurés par Grail à droite. Ces derniers révèlent un motif rectangulaire géant avec les structures qui entourent la région de l'Océan des tempêtes. © Nasa/Colorado School of Mines/MIT/JPL/Goddard Space Flight Center

Pour l'ingénieur, mathématicien et cosmographe belge Michael Florent van Langren (1598-1675), les grandes régions sombres visibles à la surface de la Lune étaient des mers et des océans. Son collègue, l'astronome Giovanni Riccioli (1598-1671), un prêtre jésuite, partageait cette idée et nomma la plupart de ces mers dans son Almagestum novum. La nomenclature qu'il a utilisée à l'époque et qui dérivait du latin (ainsi mare signifie mer au singulier et devient maria au pluriel) est toujours en vigueur.

Les expéditions lunaires nous ont appris qu'il s'agissait en fait de plaines basaltiques formées par d'anciennes coulées volcaniques. Tout semblait indiquer depuis les missions Apollo qu'elles avaient pris naissance suite aux impacts d'astéroïdes géants il y a des milliards d'années. Mais une publication récente dans le journal Nature remet en cause cette interprétation dans le cas de l'Océan des tempêtes, appelé Oceanus Procellarum par van Langren.

Des frontières polygonales incompatibles avec un cratère d'impact

Maria Zuber et ses collègues ont en effet découvert une étrange caractéristique des frontières d'Oceanus Procellarum en analysant les données gravimétriques fournies par les deux sondes de la mission Gravity Recovery and Interior Laboratory (Grail). Avant cette mission, les observations semblaient indiquer que ces frontières étaient grossièrement circulaires, ce qui s'accordait avec l'idée qu'il s'agissait d'un astroblème, reste d'un gigantesque impact d'astéroïde. Sous l'effet du choc, le magma avait remonté en surface pour inonder de basalte une région large d'environ 3.200 kilomètres.

Toutefois, la connaissance fine du champ de gravité lunaire permet de remonter, en inversant les données gravimétriques, aux distributions de masses lunaires, par exemple à celles que l'on appelle des mascons. Les planétologues ont ainsi constaté que ces frontières formaient une sorte de polygone avec des bords faisant des angles d'environ 120°, ce qui ne cadre pas avec un bassin d'impact, lequel doit avoir une forme circulaire, tout au moins elliptique. Les chercheurs se sont donc orientés vers une autre hypothèse, que les données de Grail ont permis de tester.

Cette image de la Lune est divisée en deux moitiés. La moitié supérieure montre, surlignées en rouge, des anomalies de gravité formant une bordure rectangulaire autour de riverains de la région d'Oceanus Procellarum. La moitié inférieure montre la topographie de la Lune déduite des mesures par altimétrie laser de la sonde LRO. Les anomalies de gravité y figurent en bleu. © Nasa/Colorado School of Mines/MIT/JPL/GSFC

Le volcanisme, un phénomène fondamental dans le Système solaire

Il semble qu'un large panache de matière chaude, il y a un peu plus de trois milliards d'années, se soit élevé sous la région d'Oceanus Procellarum. Les contraintes mécaniques résultant des différences de température entre la croûte lunaire juste au-dessus du panache et sur les bords de la région de l'Océan des tempêtes auraient conduit à la formation de l'équivalent des rifts volcaniques terrestres, qui sont, eux, en relation avec la tectonique des plaques. Ces zones de fractures ont alors permis au magma de faire éruption en surface et d'immenses coulées de lave se sont alors produites.

Pour Maria Zuber, l'origine de ce panache reste énigmatique. Il se pourrait qu'il soit la conséquence d'une instabilité thermomécanique à l'intérieur de la Lune, vestige d'un impact bien antérieur à la formation d'Oceanus Procellarum, que l'on a réussi à dater avec les roches lunaires rapportées sur Terre par Apollo 12. À moins qu'il ne résulte d'une concentration exceptionnelle d'isotopes radioactifs dont la désintégration aurait fourni l'énergie thermique alimentant le panache pendant quelque temps, alors que le reste de la Lune avait déjà largement perdu son stock initial de ces éléments.

Fait remarquable, les données gravimétriques permettent maintenant d'établir un lien entre les structures polygonales de l'Océan des tempêtes et des structures analogues découvertes au pôle sud d'Encelade, la Lune glacée de Saturne. La planétologie comparée fait donc apparaître d'intéressantes similitudes entre des processus volcaniques et tectoniques observés sur Terre et d'autres objets du Système solaire.

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