L'impacteur qui a percuté la Terre pour créer la Lune n'était pas plus gros que Mars

Lundi, 22 janvier 2018

Une équipe de l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP) en collaboration avec des scientifiques de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) vient de modéliser l’effet géochimique de l’impact géant qui a heurté la Terre pour donner naissance à la Lune. Cet impacteur serait un objet relativement "petit", représentant au maximum 15% de la masse de la Terre. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Geophysical Research Letters, le 14 décembre 2017.

C'est au milieu des années 1970 que les astronomes élaborèrent la théorie actuelle de formation de la Lune : notre satellite aurait été créé suite à une collision géante entre la Terre et une protoplanète de la taille de Mars (environ un dixième de la taille de la Terre) appelée Theia. La collision aurait produit un nuage de gaz et de débris, lequel aurait rapidement condensé pour donner naissance à la Lune. Cette hypothèse dite de "l’impact géant" est toutefois confrontée aujourd'hui à une difficulté conséquente : elle ne peut expliquer pourquoi la Lune et la Terre sont isotopiquement identiques.

Pour y remédier, deux modèles différents ont récemment été proposés, qui expliqueraient dans quelle mesure la Lune se révèle être un véritable clone de la Terre, mais avec des prédictions radicalement différentes de la taille de l'impacteur Theia. Dans le premier scénario, deux demi-Terres auraient fusionné pour former le système Terre-Lune. Les astres résultants de cette union seraient de natures identiques par symétrie impacteur-impacté. La deuxième hypothèse suggère que Theia devait être un petit projectile (quelques pourcentages de la masse de la Terre) qui heurta notre planète à très grande vitesse.

Afin de départager ces deux scénarios, une équipe de l'Institut de physique du globe de Paris et de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne a cherché à déterminer comment chaque modèle impacte la chimie globale de la Terre. Qu'il s'agisse d'un petit ou d'un grand impacteur, ce dernier a dû laisser une empreinte chimique dans le manteau terrestre, qui diffère selon la masse de Theia. Les chercheurs ont donc confronté ces résultats aux mesures géochimiques du manteau terrestre.

Ils ont ainsi effectué plus de deux millions de simulations de l’impact et des équilibres chimiques qui en résultent, en variant la masse de Theia mais également d'autres paramètres parmi lesquels le degré de fusion de la Terre avant et après l’impact, la profondeur de pénétration du noyau de l’impacteur dans le manteau terrestre ou encore son degré d’équilibrage avec ce manteau. Quel que soit le scénario, il s'avère qu'un impacteur de masse supérieure à 15% de la masse de la Terre – c’est-à-dire légèrement plus lourd que Mars – n’est pas cohérent avec la chimie du manteau ; il fabrique systématiquement un manteau trop enrichi en métaux tels que le nickel et le cobalt.

Par conséquent, la Lune a dû se former suite à une collision avec un impacteur relativement petit et de haute énergie, garantissant un manteau terrestre tel que celui que nous observons aujourd'hui et une composition isotopique lunaire identique à celle de la Terre.


© NASA/JPL-Caltech

Pour en savoir plus: 
Source(s): 

Geochemical constraints on the size of the Moon-forming giant impact. H. Piet, J. Badro, P. Gillet (2017), Geophysical Research Letters, 44, 11,770, 14 décembre 2017, DOI: 10.1002/ 2017GL075225

Contact(s):
  • James Badro, Institut de physique du globe de Paris (CNRS / IPGP / Université Paris Diderot)
    badro [at] ipgp [dot] fr, 01 83 95 77 99

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