Formation de la Lune à basse température
Lune  eau 
Publié par Redbran le 24/10/2018 à 12:00
Source: CNRS-INSU
Contrairement à la Terre qui est couverte par des océans, la Lune est un astre quasiment sec. L'origine de cette différence est une des questions scientifiques majeures. Des chercheurs de l'Institut de physique du globe de Paris (IPGP) ont mis au point (Graphie) une méthode pour évaluer la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) d'évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente de l'ébullition qui est une transition rapide. C'est un changement...) d'un matériel basée sur la mesure des abondances isotopiques du chrome (Le chrome est un élément chimique de symbole Cr et de numéro atomique 24.). L'application de cette méthode aux échantillons lunaires ramenés par les missions Apollo montre que la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne...) ne se serait pas desséchée pendant l'impact géant mais, plus tard, lorsque la Lune était formée mais fondu, dans un état d'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et...) de magma.


La Terre vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) depuis la Lune. @NASA
Objet céleste (Un astre, ou objet céleste est un objet de l'Univers. Les règles d'accès et d'utilisation de ces corps sont régies par le droit de l'espace.) le plus proche et le plus visible de la Terre, la Lune a toujours fasciné l'être humain. Pour autant, des questions subsistent quant à son origine. Une équipe de chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) du globe de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les...) apporte de nouveaux éléments de réponse concernant sa formation.

La théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée...) dominante actuelle établit que la Lune serait composée de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) éjectés de la Terre (en particulier de son manteau, la zone rocheuse qui s'étend jusqu'à 2890 km sous nos pieds) suite à un impact "géant" avec un corps de la taille de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique,...) Mars. Cette théorie pourrait notamment expliquer pourquoi les roches volcaniques terrestres et lunaires partagent de nombreuses similitudes en termes de compositions chimiques.

Les deux astres présentent néanmoins de nombreuses disparités ; l'absence d'océans sur la Lune témoigne de l'extrême appauvrissement des roches lunaires en éléments volatils tels que l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) (qui forme de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) - H2O - lorsqu'il est combiné avec de l'oxygène). Malgré cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très...) fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.), la communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) continue de se questionner sur la manière dont la Lune est devenue si aride.

Dans ce cadre, les chercheurs de l'IPGP ont mesuré, dans des roches lunaires ramenées des missions Apollo, de légères variations de la teneur en isotopes du chrome (Cr), un élément devenant volatil dans des conditions oxydantes. Les isotopes sont des formes différentes d'un même élément chimique avec une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la...) légèrement différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité...), qui peuvent se séparer ou se fractionner selon les matériaux, tels que le liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) et le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend...). La particularité du chrome est qu'il forme plusieurs espèces chimiques en fonction du taux d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) contenu dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :).

Selon la théorie de l'impact géant et les modèles numériques les plus récents, le matériel ayant formé la Lune aurait dû être vaporisé dans l'espace suite à une évaporation à très haute température (> 4000 °C) due à l'impact. Dans une atmosphère réduite, le résidu de vaporisation devrait être enrichi en isotopes lourds du Cr, tandis que les isotopes légers auraient dû se perdre dans la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) gazeuse puis dans l'espace. Or, l'équipe de chercheurs de l'IPGP révèle aujourd'hui que les isotopes du chrome se sont fractionnés dans la direction opposée, témoignant ainsi d'une atmosphère oxydante lors de la formation de la Lune. Cette propriété permet de mettre en évidence, pour la première fois, que les températures devaient être beaucoup plus basses (< 1600 °C) pour créer une telle signature isotopique.

Ainsi, cette étude révèle que la Lune avait déjà été formée et refroidie lorsque des substances volatiles ont été perdues, très probablement lors du dégazage d'un océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en...) de magma à sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec...). La masse de la Lune, bien plus faible que celle de la Terre, signifie que sa gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) (qui représente 1/6 de la Terre à sa surface) ne peut retenir une atmosphère chaude, perdant ainsi son chrome et potentiellement son eau.

Référence publication:
Paolo A. Sossi, Frédéric Moynier, and Kirsten van Zuilen (2018) Volatile loss following cooling and accretion of the Moon revealed by chromium isotopes, PNAS, doi:10.1073/pnas.1809060115

Contact chercheur:
- Paolo Sossi, IPGP
- Frédéric Moynier, IPGP
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