La Lune est l’unique satellite de la Terre : situé à environ 380 000 km d’elle, c’est l’astre le plus proche de nous. Observé par l’homme depuis la nuit des temps, c’est aussi, paradoxalement, un objet assez mal connu puisque, comme on le verra, son origine est encore du domaine de l’hypothétique.

   Des satellites, il en existe beaucoup dans le système solaire (par exemple, Jupiter en possède 63 et Saturne 60) mais la Lune est le cinquième satellite en taille du système solaire et sa particularité est d’orbiter autour d’une planète tellurique (rocheuse) la Terre, alors que les autres planètes du même type n’en possèdent pas (ou de minuscules, commeMars). Ce grand satellite a donc une influence importante sur notre planète et on peut même penser que, sans elle, la vie n’aurait pas pu y apparaître… (Voir le sujet : Vie extraterrestre 2). Comment se fait-il donc que l’on en sache si peu sur sa formation ?

Quelques vérités sur la Lune

     La lune nous présente toujours une même face : ceci est dû au fait que sa période orbitale (le temps mis pour effectuer une orbite autour de la Terre) est identique à sa période de rotation sur elle-même. Ce n’est pas un hasard mais la conséquence au fil du temps de l’influence de la Terre sur son satellite ; en effet, les frottements induits par les marées terrestres ont progressivement ralenti la Lune jusqu’à cet équilibre. Dans le même ordre d’idées, les marées terrestres, en poursuivant le ralentissement lunaire, entraînent l’éloignement de notre satellite d’environ 3 à 4 cm par an (dans les temps anciens, la Lune se trouvait trois fois plus près d’une Terre qui tournait sur elle-même en quatre heures). On le voit donc, l’intrication entre les deux planètes est importante au point que, sans la présence de la Lune, la Terre serait fort différente… et peut-être même, comme on l’a déjà mentionné, inhabitée.

     Contrairement à que qu’on a longtemps cru, on sait aujourd’hui que la Lune est un corps différencié, c'est-à-dire que ses structures, notamment en profondeur, ne sont pas homogènes : elle possède vraisemblablement un petit noyau central, entouré d’un manteau intermédiaire et d’une croûte lunaire (plus épaisse sur la face cachée). Cette structuration ressemble fortement à celle de la Terre, à la différence toutefois de l’absence d’une activité profonde, la Lune s’étant effectivement complètement refroidie.

      La surface lunaire est, quant à elle, bien particulière : composée d’un grand nombre d’éléments consécutifs à la formation de l’astre, elle est recouverte de ce que l’on appelle le régolithe, à savoir une couche poussiéreuse variant de 3 à 20 m selon les endroits (les vallées appelées « mers » ou les hauts plateaux au régolithe plus épais). S’ajoutent à cet aspect les nombreux impacts météoritiques (puisque la Lune n’a pas d’atmosphère comparable à notre planète) qui ont profondément modifié sa surface au point que les plus violents d’entre eux ont fait apparaître par endroits le manteau ainsi mis à nu.

Origine de la Lune : la théorie initiale

     Originellement, on a estimé que la Lune se serait formée environ 50 millions d’années après la naissance du Soleil. On a alors évoqué un choc gigantesque entre la Terre encore en

fusion et une planète de la taille de Mars. Les multiples débris de cette planète en se mêlant à une partie du manteau terrestre arraché par l’impact auraient alors formé un halo de poussières qui, en s’effondrant sur lui-même, aurait conduit à la formation de notre satellite : c’est la théorie de l’impact  géant proposé par les chercheurs de Harvard dès les années 1950. Une condition est toutefois indispensable pour accréditer ce modèle : l’absence d’eau. En pareil cas, en effet, la température de formation de la Lune aurait été bien plus importante que celle de la Terre ce qui exclut donc totalement chez elle la présence d’eau. Et c’est bien ce que rapportèrent les premières observations des échantillons des missions Apollo (1975) concluant à une Lune complètement déshydratée.

     Toutefois, en 2008, une étude plus approfondie des dits-échantillons découvre de l’eau dans ces roches lunaires vieilles de 3 milliards d’années. Peu, il est vrai mais de l’eau quand même. On s’étonne donc fortement ! On refait les analyses et, en 2011, en étudiant finement des roches lunaires encore plus anciennes (du magma primitif), la découverte est confirmée. Il y a de l’eau sur la Lune… Cette fois, c’est sûr, le scénario de l’impact primitif ne tient plus la route. Problème.

Une découverte qui change tout

     Il y a de l’eau sur la Lune : Tintin et le capitaine Haddock avaient donc raison (relire à ce propos l’album d’Hergé, « on a marché sur la Lune »).

      Comment expliquer cette étonnante présence ?

     Comment expliquer également un autre élément troublant : les différentes sortes d’oxygène (isotopes) sont identiques sur la Terre et sur son satellite alors que les compositions isotopiques de l’oxygène des différentes planètes du système solaire sont toutes différentes les unes des autres. De là à imaginer que Terre et Lune ont une origine commune, il n’y a qu’un pas… vite franchi par certains scénarios de formation de la Lune. Quels sont donc ces scénarios ? Outre la théorie de l’impact géant (dont on connait à présent les limites), quatre explications sont avancées :

. l’hypothèse du corps étranger : la Lune serait un astre formé dans une autre partie du système solaire mais qui se serait approché de la Terre jusqu’à entrer dans son champ gravitationnel et être capturé et satellisé par elle. Invraisemblable ? Pas tant que ça puisqu’on sait avec une quasi-certitude que c’est le sort qui fut réservé à Titan, le plus important en taille des satellites de Saturne. Reste néanmoins à comprendre la trajectoire et la vitesse plutôt fantaisistes de la planète en question. De plus, l’orbite lunaire actuelle ne peut être expliquée par ce modèle (elle devrait être plus allongée) de même que les similitudes de composition des deux astres…

. l’hypothèse de la fission : ce scénario fait appel à une Terre des débuts qui, en raison d’une importante force centrifuge engendrée par sa rotation, aurait « perdu » une partie de son manteau. L’énorme masse de matière ainsi libérée dans l’espace se serait alors mise en orbite autour de notre planète jusqu’à former la Lune actuelle. Cette hypothèse présente l’avantage d’expliquer les similitudes de composition entre la Terre et son satellite. Toutefois, là aussi il existe un problème : la vitesse de rotation initiale de la Terre aurait dû être dans ce modèle extraordinairement importante et, en dépit de l’ancienneté du phénomène, on devrait encore en voir les conséquences. Ce qui, à l’évidence, n’est pas le cas.

. l’hypothèse d’une naissance commune : ici, au moment de la formation de la Terre, on imagine qu’une partie du nuage qui gravite autour d’elle se serait agglomérée sous l’effet de sa propre pression, à peu près au moment où notre planète aurait atteint les 2/3 de sa taille finale. Une origine commune donc mais avec un hic : les deux astres devraient avoir une densité identique ce qui est loin d’être le cas. Du coup, même si ce scénario est celui de la formation de la plupart des satellites des planètes gazeuses géantes, il paraît assez difficile à défendre pour l’étrange couple Terre-Lune…

. l’hypothèse de l’échange après impact : dans ce scénario, tout commence comme dans celui de l’impact géant ; toutefois, on imagine que, après le fantastique choc avec une planète de la taille de Mars, un gigantesque nuage de poussières entoure le couple Terre-Lune. La Lune représenterait alors les restes encore constitués de la planète étrangère qui aurait pu échanger matière et eau avec notre planète. Là-aussi, toutefois, il persiste un problème : en pareil cas, la Lune aurait été considérablement ralentie par les poussières jusqu’à retomber sur la Terre…

     On le constate donc, aucun des scénarios évoqués ne convainc réellement.

L’apport des météorites

     On a dit que ce qui posait problème dans le scénario de l’impact initial était la présence d’eau incompatible avec la

chaleur dégagée par le choc. Et si cette eau provenait d’une autre source ? En effet, au début de leur formation et pendant environ 100 millions d’années, les deux astres ont été frappés par d’innombrables météorites provenant de la région située  entre Mars et Jupiter (où il en reste encore beaucoup). Ces météorites ont très bien pu amener l’eau en question puisqu’on sait qu’ils en sont fortement pourvus. Néanmoins, ici aussi, il existe une difficulté : pour posséder aujourd’hui autant d’eau, la Terre aurait dû être « bombardée » bien plus que la Lune… ce qui ne semble pas être le cas d’après les études menées sur le sujet.

     Reste la possibilité que les échantillons rapportés de notre satellite ne soient pas représentatifs de sa teneur réelle en eau mais, pour le moment, rien ne permet de l’affirmer.

Trop d’hypothèses trop dissemblables

     On le sait bien : dans le domaine scientifique, lorsque trop d’explications différentes sont avancées, c’est qu’on ne sait pas. Quelle que soit la bonne foi des uns et des autres, l’origine de la Lune reste donc un mystère. Il faudra probablement attendre de ramener bien plus d’échantillons de notre satellite pour en savoir plus. Ce qui, selon les meilleures estimations, devrait nous faire attendre jusqu’aux années 2020-2030…

     Il est toutefois intéressant de constater que, en dépit de la progression constante de nos découvertes, une partie du ciel si proche de nous recèle encore bien des mystères. On sait à peu près comment se sont formées les premières galaxies et les premières étoiles ; on découvre chaque jour de nouvelles planètes extrasolaires ; on comprend mieux l’écologie des quasars ou des étoiles à neutrons ; on sait parfaitement étudier le cycle de vie et de mort des étoiles, etc. Pourtant, on bute encore sur la formation d’un astre, la Lune, qui nous est si proche, astronomiquement parlant, un astre qui fait partie de notre imaginaire quotidien. Cela doit certainement nous conduire à garder beaucoup de modestie.

Sources

. fr.wikipedia.org/wiki/Lune

. revue Science & Vie, n° 1129, octobre 2011

. revue Ciel et espace

Images

1. la Lune (sources : artic.ac-besancon.fr)

2. Phobos, satellite de Mars (sources : mysteredumonde.com)

3. regolithe (sources : de-la-terre-a-la-lune.com)

4. impact de météorite en vue d'artiste (sources : futura-sciences.com)

5. naissance commune Terre-Lune (sources : artivision.fr)

6. le cratère Aristarque (sources : jdc-meteorite.e-monsite.com)

 (Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 Mots-clés :  Jupiter - Saturne - relation Terre/Lune - planète tellurique - période orbitale - marées - régolithe - présence de l'eau - météorites - mission Apollo 75 - Titan

  les mots en gris renvoient à des sites d'informations complémentaires

 Brêve : nouvelle approche de la formation de la Lune (septembre 2013)

     Pour que le scénario n°1 (planète percutant la Terre) soit valide, il faut que la planète ayant heurté la Terre des débuts ait échangé suffisamment de matière avec elle de façon à ce que la Lune soit en réalité formée à 90 % de matériaux terrestres (expliquant ainsi les similitudes des deux astres et la présence d'eau sur chacun d'eux). Malheureusement, les calculs montrent alors une rotation  résiduelle de la Terre bien plus importante que celle d'aujourd'hui, même après des millions d'années... On était donc dans la confusion jusqu'à ce que des calculs récents prennent en compte un paramètre jusque là sous-estimé, l'action de freinage du Soleil. Du coup, le scénario d'un "impacteur" de la taille de la moitié de la planère Mars percutant la Terre en formation redevient parfaitement crédible ! Et les spécialistes de la Lune de retrouver le sourire...

Sujets apparentés sur le blog

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2. météorites et autres bolides

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mise à jour : 10 mars 2023