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Le 1^er décembre 2020, la Chine faisait un nouveau pas dans l’exploration lunaire grâce à la sonde Chang’e 5, qui se posait en douceur sur notre satellite naturel. Au-delà du fait de confirmer une maîtrise technique, la mission avait un réel objectif scientifique : ramener des échantillons de roches lunaires pour les dater et étudier leur composition.

Le 16 décembre 2020, la capsule Chang’e 5 transportant près de deux kilos d’échantillons s’est posée en Mongolie, faisant entrer la Chine dans le top 3 des pays ayant ramené des roches lunaires sur Terre. Dans un article paru récemment dans Science, une équipe internationale, menée par Xiaochao Che, présente les premiers résultats concernant ces échantillons.

L’importance de dater de nouveaux échantillons lunaires

Chang’e 5 s’était posée au milieu d’une région nommée Océan des Tempêtes, une immense plaine basaltique que les chercheurs suspectaient être relativement jeune. Le but de la mission a donc été de récupérer des échantillons de basaltes afin de pouvoir les dater et connaître leur composition. L’intérêt de cette étude est double : définir l’âge absolu des basaltes de cette région afin d’affiner la chronologie des impacts lunaires, et déterminer l’origine de ce magmatisme (relativement) récent.

La connaissance de l’âge de ces roches est une considération pour le moins importante. Il faut savoir que sur la Lune, la datation des surfaces se fait habituellement par chronologie des impacts lunaires. La Lune est en effet un corps sans érosion, ce qui implique que les traces des impacts météoritiques ne sont pas progressivement effacées comme sur Terre, à moins d’être détruites par un nouvel impact ou recouvertes par une coulée de lave.

Sur la Lune, la densité de cratères d’une région reflète donc le temps écoulé depuis la formation du sol : plus la densité de cratères est élevée, plus la surface lunaire dans cette région est vieille, et inversement. Cette méthode permet d’établir une chronologie relative des surfaces. La corrélation avec les âges des échantillons rapportés sur Terre par les différentes missions permet d’obtenir alors une relation âge/densité de cratères. Ceci permet de faire des estimations d’âge sur des zones non échantillonnées, c’est-à-dire à peu près toute la surface de la Lune… car la quantité d’échantillons rapportée reste pour l’instant très faible. Cette relation âge/densité de cratères permet également de dater les surfaces d’autres planètes, dont Mars, en appliquant bien sûr un certain nombre de corrections. La méthode basée sur les cratères de la Lune a ainsi permis de déterminer la chronologie de tous les événements de notre Système solaire.

Dans ce contexte, connaître avec précision la chronologie des impacts lunaires est essentiel. Elle était pourtant jusqu’à présent très peu contrainte pour la période de moins de 3 milliards d’années, notamment à cause du manque d’échantillons.

Des échantillons témoignant d’un volcanisme relativement récent

Le but des chercheurs a donc été dans un premier temps de dater les échantillons de basaltes lunaires récupérés grâce à la mission Chang’e-5. La composition minéralogique des basaltes a ensuite été déterminée dans le but d’expliquer l’origine de cette formation volcanique.

L’âge des basaltes serait ainsi de 1,96 milliard d’années, ce qui rajeunit la surface de cette zone d’un milliard d’années environ. Une nouvelle valeur qui permet d’affiner les courbes âge/densité de cratères pour cette période. Ces résultats impliquent également que près de 2.000 km³ de laves basaltiques ont été éruptés à proximité du site d’atterrissage de la sonde et ce sur une période relativement récente, ce qui est surprenant. En effet, expliquer un volcanisme aussi récent sur un corps aussi petit que la Lune est particulièrement compliqué.

L’étude minéralogique de ces basaltes suggère que le magma d’origine a subi un faible degré de fusion partielle et/ou que la cristallisation a été très fractionnée.

Quelle est donc l’origine de ce magmatisme récent ? Les chercheurs avancent plusieurs hypothèses. Une possibilité est que la forte concentration en éléments radioactifs dans certaines zones du manteau lunaire aurait produit des anomalies thermiques de longue durée qui auraient favorisé la fusion et généré les basaltes recueillis par Chang’e 5. Mais cette hypothèse est encore difficile à étayer à partir des données récoltées. Ce volcanisme pourrait également être lié à la chaleur interne induite par les effets de marée, ou bien à une minéralogie particulière du manteau induisant des températures de fusion plus faible.

À ce jour, les processus capables d’engendrer de la fusion et une source de magma à ce stade de l’histoire de la Lune restent inconnus.

Sources

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