La Lune, une composition très Terre-à-Terre

Mardi, 1 août 2017

Deux chercheurs de l’Institut de physique du globe de Paris et de l’Université Sorbonne Paris Cité, apportent un nouvel éclairage sur l’origine de la Lune et son lien avec la Terre. En utilisant des roches lunaires magmatiques fortement concentrées en magnésium collectées lors des missions Apollo 15 et Apollo 17, ils montrent dans une étude publiée dans Earth and Planetary Science Letters, le 1er août 2017 que les compositions de la Terre et de la Lune sont encore plus semblables que ce que l’on suspectait jusque là.

Les échantillons lunaires volcaniques rapportés sur Terre à l'issue des missions Apollo dans les années 1970 se sont distingués par leurs similarités chimiques avec les roches volcaniques terrestres, bien que très appauvris en composés volatils. Cette observation a donné lieu à un certain nombre de théories sur la manière dont la Lune a pu se former, comme l’agglutination d’un large "morceau" de roche éjecté de la Terre, la fission d’une jeune Terre, ou encore un impact géant. C’est cette dernière théorie qui est privilégiée ces dernières années, ayant été admis que les collisions entre les embryons planétaires en phase de croissance sont des facteurs fondamentaux de la formation des planètes, pouvant de ce fait expliquer l’appauvrissement en éléments volatils. Dans ces différents scénarios d’impacts, les modèles numériques prédisent que le matériel qui forme la Lune devrait provenir de l’impacteur (et non de la Terre), produisant ainsi des roches lunaires avec des compositions différentes des roches terrestres.

Le fer, l'unique élément qui soit plus abondant dans les roches lunaires que dans les magmas terrestres, est une exception. En effet, dans le cas où cet enrichissement en fer proviendrait de l’impacteur, une signature isotopique de ce matériel impactant devrait être présente dans les roches lunaires. Les isotopes étant des types d'atomes d’un même élément chimique avec une masse légèrement différente, ils peuvent être séparés les uns des autres au cours des divers processus de formation planétaire, tels que la formation du noyau ou l'évaporation. Les premières études de la composition isotopique des roches volcaniques lunaires ont montré un léger enrichissement en isotopes lourds du fer par rapport à la Terre, laissant supposer que le fer de la Lune proviendrait bien d’une source autre que la Terre. Ceci en partant du principe que les roches volcaniques lunaires soient représentatives de la composition de la Lune toute entière, hypothèse discutable du fait d’un manque de chaleur interne, condition nécessaire à l’homogénéisation du manteau lunaire suite à sa solidication, à la différence de la Terre.


Vue par satellite, planète Terre et la Lune. Crédits : Public Domain Pictures

Les scientifiques évaluent la composition isotopique du fer de la Lune en analysant pour la première fois les rapports isotopiques du fer dans les roches plutoniques (crystallisées en profondeur), dites "Suites Magnésiennes", qui sont les plus anciens échantillons lunaires magmatiques dérivés de la fusion des premiers cristaux formés suite au refroidissement de la Lune. Il s'avère que ces échantillons ont des rapports Fe/Mg identiques aux roches du manteau terrestre (constituant la majeure partie de la planète), à la différence des roches volcaniques lunaires présentant une teneur en Fe/Mg plus élevée et une signature isotopique du fer similaire à celle de la Terre. Les deux chercheurs démontrent ainsi que les "Suites Magnésiennes" fournissent un meilleur analogue pour la composition de la Lune que ne le font les roches volcaniques, excluant toute perte ou gain de Fe au cours de l’impact géant. Il est donc raisonnable de penser que la Lune est composée presque entièrement de matériel du manteau terrestre.

Source(s): 

P. Sossi, F. Moynier, Chemical and isotopic kinship of iron in the Earth and Moon deduced from the lunar Mg-SuiteEarth and Planetary Science Letters

Contact(s):
  • Paolo SOSSI, IPGP (CNRS, Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité)
    sossi [at] ipgp [dot] fr, 01 83 95 75 00
  • Frédéric Moynier, IPGP
    moynier [at] ipgp [dot] fr, 01 83 95 77 88

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