La Lune serait née peu de temps après le Système Solaire de l'impact d'un corps de la taille de Mars qui serait venu percuter la jeune Terre. Voilà le scénario. Encore débattu il y a 2 ans, il est confirmé aujourd'hui par les analyses des échantillons lunaires et les modèles dynamiques, même si certains détails - en particulier la date - restent flous.

La chute a eu lieu le 17 octobre 2012. Si la trainée qu'elle a laissée dans le ciel n'a pas fait la une des journaux mondiaux, elle a tout de même fait celle des quotidiens locaux. Une chance ! Car c'est après avoir lu son journal du matin qu'une habitante de la ville de Novato, près de San Francisco, s'est mise à fouiller autour de son garage... et qu'elle l'a trouvée : une météorite de 62 grammes, noircie par son entrée dans l'atmosphère.
Les équipes de Peter Jenniskens et de Qingzhu Yin, spécialistes des météorites la Nasa et à l'université de Californie, ont ensuite pris le relais. De témoignage en témoignage, ils ont recueilli 6 fragments. Et, coup de chance, découvert que le caillou était passé devant les caméras du programme CAMS de la Nasa qui, toute l'année, cartographie la trajectoire des météores. "Il est très rare de disposer à la fois d'échantillons et de la trajectoire précise", explique Frédéric Moynier, géochimiste à l'Ecole normale supérieure de Lyon. Pendant 2 ans, les fragments de roche ont été cassés, brûlés, compressés, soumis à des champs magnétiques pour faire parler la météorite de Novato. Et aujourd'hui, ça y est : pour Peter Jenniskens et Qingzhu Yin, ce qu'elle révèle, c'est ni plus ni moins le secret de la naissance de la Lune ! Concrètement, il s'agit de ce que les spécialistes appellent une chondrite, un morceau d'astéroïde le plus banal qui soit, provenant de la ceinture entre Mars et Jupiter. Pour être précis, elle appartient à la famille du groupe L, qui gravite au milieu de cette ceinture. Surtout, elle recèle des apatites, des grains de phosphate de calcium, qui ont un immense intérêt pour les minéralogistes : ils contiennent en effet de l'uranium, un matériau radioactif qui se désintègre au fil des millénaires pour former du plomb. "En mesurant la quantité de plomb, on peut connaître la date à laquelle la météorite s'est solidifiée", explique Frédéric Moynier. Et donc, lui donner un âge...
Ou plutôt des âges. Car selon les chercheurs, Novato en a trois. Ses roches ont en effet été chauffées puis refroidies à trois reprises. Elle a donc subi trois grands chocs qui racontent avec précision son histoire. "C'est un cas d'école", s'enthousiasme Qing-zhu Yin. Le dernier choc remonte à 9 millions d'années : "C'est sans doute à ce moment là que la météorite a été arrachée à son orbite et qu'elle a entamé sa chute vers la Terre", précise Peter Jenniskens. Le deuxième s'est produit il y a 473 millions dannées : à cette date, les astronomes savent que quelque chose s'est produit dans la ceinture d'astéroïdes qui a provogué de multiples impacts. On avait déjà vu cet âge dans d'autres météorites et on a retrouvé des fossiles sur Terre qui prouvent qu'il y a eu alors une intense pluie de météores", précise Qing-zhu Yin. Reste le premier choc. Les analyses ont révélé que Novato a fondu il y a 4,472 milliards d'années. Un âge anormalement jeune pour une météorite. "La plupart des chondrites datent de plus de 4,56 milliards d'années, ce qui coïncide avec la formation du système solaire, explique Audrey Bouvier, cosmochimiste à l'université Western Ontario (Canada). Les roches de Novato se sont donc solidifiées 100 millions d'années plus tard". Or, 100 millions d'années après sa formation, le système solaire a justement subi son plus gros cataclysme : la Terre est entrée en collision avec une planète de la taille de Mars, donnant naissance à la Lune. Se pourrait-il que la petite météorite ait gardé la marque de ce fameux événement ? Et qu'elle ait fondu à cause de la chaleur dégagée par la collision qui a façonné la Lune ? Les modèles montrent que le choc a expulsé de grandes quantités de roches dans toutes les directions au moins 5 % de la masse actuelle de la Terre, explique Qing-zhu Yin. Il est très probable qu'une partie se soit stabilisée dans la ceinture d'astéroïdes"... Les chercheurs en sont convaincus, la date inscrite dans la météorite Novato n'est pas une coincidence : elle est l'un de ces débris. Et elle raconte donc une histoire qui est aussi la nôtre. Elle serait née sur Terre, avec la Lune, puis aurait gagné la ceinture d'astéroïdes où elle aurait mené une vie paisible et circulaire 4 milliards d'années durant, avant d'être bousculée à deux reprises... et que son orbite détraquée la retourne finalement à l'envoyeur.

ELLE AIDERA À DATER LE CHOC : Pour la première fois, un morceau de la collision originelle a donc peut-être été trouvé. Un morceau qui permettrait d'en déterminer la date précise, au million d'années près, et ainsi de mettre un point final à l'histoire de la naissance de la Lune, ce chapitre scientifique qui occupe les astronomes depuis des années. Reste à ôter le peut-être... en trouvant la trace de l'impact géant dans d'autres météorites. Car un unique échantillon ne saurait suffire. "Il faut voir si d'autres chondrites choquées ont cet âge, renchérit Audrey Bouvier. Tant qu'on n'a pas d'autre preuve, il est difficile d'être sûr que cette météorite n'est pas simplement le résultat d'une banale collision entre astéroïdes dans la ceinture". Ce pourrait n'être qu'une question de jours. Car deux spécialistes, William Bottke de l'université Boulder (Etats-Unis) et Timothy Swindle de l'université d'Arizona, ont repris les analyses d'une trentaine de météorites déjà recensées pour y chercher la trace de la collision cataclysmique... et peinent à garder confidentiels leurs résultats à paraître en début d'année. "Je ne peux vous en dire plus avant que nos résultats soient publiés... mais oui, on retrouve des traces de l'impact dans d'autres météorites", lâche William Bottke. Voilà pourquoi Peter Jenniskens et Qingzhu Yin sont si sûrs de leur coup. Sûrs d'avoir mis la main sur le premier témoin de la naissance de notre Terre et de sa Lune. Sûrs d'avoir trouvé, les premiers, un rescapé du plus grand cataclysme du système solaire.

Sans doute la Lune est-elle toujours là ; mais pour les astronomes, c'est une autre affaire. Il y a 40 ans, ils étaient persuadés de savoir comment s'était formé notre petit satellite ; avant que de nouvelles données ne les plongent en plein désarroi. Mais voici qu'une modélisation vient de tout élucider. La Lune est bien née d'un astre vagabond ayant percuté la Terre. Et on sait enfin comment. Ouf !

Lever les yeux vers elle, rêver en la regardant, admirer son éclat ou se laisser bercer par sa présence rassurante... tout cela est à nouveau possible. Car c'est désormais une certitude, la Lune a repris sa place au-dessus de nos têtes ! Non pas qu'elle aurait été physiquement chassée du ciel par quelque malédiction, bien entendu. Mais depuis plusieurs années, les nuages n'avaient cessé de s'amonceler sur le scénario de sa naissance. En un mot, les spécialistes ne savaient plus d'où venait la Lune. On en serait presque venu à se demander, s'il n'avait point pu naître, ce que cet astre faisait là, juste au-dessus de nos têtes, que l'on croit pouvoir toucher du doigt et que l'humanité foula en même temps que Neil Armstrong. Etait-ce trop demander à la Lune que de demander la lune ?
Le choc était d'autant plus rude que depuis presque 40 ans, les mécaniciens du ciel nous avaient certifié avoir tout compris de la genèse de l'astre sélène. Imaginé en 1946 par des chercheurs de Harvard, le scénario de sa naissance tenait en deux mots : "impact géant". Ainsi, quelques dizaines de millions d'années après la naissance du système solaire, il y a 4,56 milliards d'années, la jeune Terre encore chaude aurait été frappée de plein fouet par un corps de la taille de Mars. Les débris pulvérisés de l'impacteur - parfois appelé Théia -, et une fraction du manteau terrestre auraient alors été projetés en orbite sous la forme d'un disque de poussière, avant de s'effondrer sur eux-mêmes pour former notre satellite.
Passé presque inaperçu au moment de sa présentation, ce scénario avait finalement reçu ses lettres de noblesse en 1975. Les astronomes William Hartmann et Donald Davis faisaient alors remarquer que le choc cataclysmique et les températures d'enfer qui l'accompagnent expliquent pourquoi la Lune ne recèle pas la moindre goutte d'eau, comme l'indiquaient alors les échantillons ramenés par les astronautes d'Apollo. Et il était devenu l'alpha et l'oméga des spécialistes de la Lune, une fois confirmé par des simulations numériques, notamment celles réalisées en 2004 par Robin Canup, à l'université de Boulder (États-Unis) les plus précises à ce jour... D'autant plus que l'on s'apercevait que ce scénario était le seul propre à rendre compte non seulement de la quasi-absence de noyau ferreux central - celui de l'impacteur aurait presque entièrement terminé sa course au centre de la Terre - mais également de l'actuelle dynamique du système Terre-Lune. Bref, scientifiquement, l'affaire semblait entendue. On pensait enfin avoir compris d'où vient ce caillou qui tourne au-dessus de nos têtes.
Sauf que, il y a 20 ans, ce scénario a commencé à se lézander. En 1992, les spécialistes ont admis leur impuissance à expliquer une observation troublante : la similitude parfaite entre l'oxygène de notre planète bleue et celui de la croûte lunaive. En effet, alors que toutes les planètes du système solaire recèlent des proportions différentes des isotopes d'oxygène, comment imaginer qu'une Lune résultant d'un mélange composé à 80 % de débris d'un impacteur extraterrestre soit identique à la Terre ? Sans compter que dans la foulée, le tungstène, le titane et la totalité des éléments dosés à partir des échantillons lunaires s'avéraient eux aussi strictement identiques à ceux trouvés sur Terre.
Le coup de grâce survint en 2011, lorsque Alberto Saal, à la Brown University, à Providence (États-Unis), démontra que de minuscules échantillons de magma lunaire primitif contiennent autant d'eau que le manteau supérieur de notre planète, ainsi que d'autres éléments volatils tels du fluor, du chlore ou du sulfure... Une donnée a priori incompatible avec l'enfer d'un impact géant. Autrement dit, notre beau scénario de collision cosmique, idéal sur le plan dynamique, se révélait inepte sur le plan géochimique. Pour tenter de sauver les meubles, d'aucuns invoquèrent sans grands conviction des scénarios alternatifs, comme une naissance commune où une fission de la Terre. Et nous, pauvres Terriens perdus, suivions un à un ces rebondissements qui distendaient chaque fois un peu plus le lien avec l'astre de nos nuits. Il y a quelques mois, la communauté scientifique en était donc là, accrochée à un scénario manifestement moribond, mais pour lequel, comme le résume Alessandro Morbidelli, à l'Observatoire de la Côte d'Azur, à Nice, "il n'existait aucune alternative crédible". Et, la Lune, dans une énième métamorphose, commençait à redevenir un objet aussi étranger à l'entendement que ne l'était le monde des cieux imaginé par Aristote, ce monde quasi immatériel dont le premier représentant n'était autre, justement, que le satellite naturel de la Terre... Impensable en réalité, tant il est clair, depuis Galilée, que la Lune appartient bien à notre monde. Persuadés de cette évidence, les théoriciens de l'astre nocturne n'avaient donc pas d'autre solution que de reprendre leurs calculs. Et grand bien leur en a pris puisque ce faisant, ils sont parvenus à nous rendre la Lune !

Matija Cuk, à l'Institut Seti (États-Unis) et Sarah Stewart, à Harvard, ont en fait réexaminé à la loupe une idée ancienne : permettre à la Terre de tourner plus rapidement sur elle-même au moment où démarre le scénario de la formation de la Lune. De quoi mettre en orbite une quanlité plus importante de matériau terrestre lors du choc, et du coup, faire du manteau de la Terre le constituant quasi exclusif de la Lune. Idée séduisante, si ce n'est que la vitesse de rotation de la Terre au moment de l'impact géant n'est pas arbitraire. Elle est calculée à partir de sa vitesse actuelle (24 heures), en remontant le temps via les équations qui décrivent les mécanismes de freinage de la Terre autour de son axe, liés aux effets de marée provoqués par la Lune. Ce qui donne une vitesse de rotation, le jour de l'impact, d'environ 5 heures. Pas assez pour engendrer une Lune composée exclusivement de manteau terrestre. Sauf que comme s'en sont aperçu les deux experts, cette estimation ne tient pas compte d'un autre effet pourtant connu depuis des décennies : l'effet des forces du Soleil sur la Lune qui, dans certaines configurations, conduit à un freinage de la Terre bien plus efficace. De quoi imaginer, au moment du choc cataclysmique, une Terre tournant plus vite sur elle-même, en seulement 2 à 3 heures !
Partant de là, Cuk et Stewart ont réalisé de nouvelles simulations numériques ultraprécises de l'impact géant : avec une telle vitesse de rotation et en considérant un impacteur de la moitié de la masse de Mars, ils ont engendré une Lune composée à 92 % de matériaux terrestres, limitant ainsi drastiquement les possibilités de différences géochimiques entre la Terre et son satellite !

"UNE NOUVELLE ÈRE" : "Cuk et Stewart sont parvenus à réconcilier le scénario de l'impact géant avec les contraintes de composition de la Lune, s'exclame Bernard Bourdon, à l'Ecole normale supérieure de Lyon. Ce modèle en ressort considérablement renforcé". Alessandro Morbidelli confirme : 'La question de savoir par quoi remplacer éventuellement le scénario de l'impact géant est désormais totalement obsolète, ce qui nous fait littéralement pénétrer dans une nouvelle ère !" Une nouvelle ère dont tous les spécialistes de la Lune viennent d'acter la naissance en grande pompe, en se réunissant en septembre dernier dans l'un des temples de la Science, la Royal Society londonienne. Et la Lune n'en devient que plus familière : sa similitude avec la Terre n'a finalement rien d'une monstrueuse coincidence. Elle est le reflet d'une proximité encore plus proche qu'on ne l'avait imaginé. Loin d'être ce corps éthéré décrit par Aristote, la Lune n'est pas seulement un "autre" corps matériel comme l'avait constaté Galilée.

SAINE REPRISE DES DÉBATS : Elle n'est rien de moins qu'un morceau de Terre, presque de nous-mêmes ! Terre et Lune sont enfin solidaires. Elles sont sours. Notre monde a retrouvé sa part manquante et le voici d'aplomb. Ou comme l'évoque Francis Albarede, à l'Ecole normale supérieure de Lyon, d'une phrase sibylline : "La situation dynamique est désormais bien plus fluide". L'avantage, c'est que les spécialistes peuvent de nouveau s'immerger dans les affres des détails et l'effervescence des débats. Sur la taille de l'impacteur en particulier. Ainsi, en invoquant le même mécanisme que celui de Cuk et Stewart pour faire tourner la Terre rapidement et un impacteur d'une masse équivalente à celle de la Terre, Robin Canup parvient à engendrer un cataclysme absolument phénoménal qui mélange si vigoureusement les malériaux de la jeune Terre et de l'impacteur qu'il produit, une Lune géochimiquement semblable à notre planète ! Willy Benz à l'université de Berne en Suisse, a fait de même pour un impacteur de la taille de Mars, mais beaucoup plus rapide qu'imaginé précédemment. Et c'est alors l'importante perte de matériel du système Terre-Lune dans l'espace, à la suite de la violence du choc qui permet à la Terre d'évacuer son trop-plein de rotation...
À Londres, en ce début d'automne printanier, les débats sont techniques. L'excitation palpable. "On peut d'emblée évacuer le nouveau scénario de Robin Canup car les simulations de formation du système solaire montrent qu'à l'époque où la Lune s'est formée, les collisions entre deux planètes de la taille de la Terre étaient inexistantes", milite Alessandro Morbidelli, qui penche pour le scénario de Benz. Tandis que Julien Salmon, à l'université de Boulder dans l'équipe de Robin Canup oppose : Le scénario de Benz conduit à un disque dont la masse est trop faible pour former ensuite la Lune, selon les simulations d'accréssion de la Lune". Quant à David Stevenson, spécialiste du sujet à l'université de Californie, il préfère noter que "la robustesse du mécanisme de résonance provoqué par Cuk et Stewart pour ralentir la Terre est très incertaine". Argument contre argument, la mécanique des débats scientifiques a repris son cours normal. Ouf ! On a retrouvé la Lune.

FAITS & CHIFFRES : Son rayon est de 7738 km : la Lune est seulement 4 fois plus petite et 81,3 fois moins massive que la Terre. Bien qu'il existe dans le système solaire des satellites à la fois plus gros et plus massifs, aucun n'est aussi gigantesque... comparé à sa planète. À tel point que Terre et Lune sont parfois considérées comme un système double.

La Lune n'est pas née comme on l'a cru d'une collision géante. La découverte d'eau sur notre satellite l'avait déjà suggéré. L'analyse de son titane le confirme aujourd'hui. Mais aucun des scénarios de rechange n'est pour l'heure assez solide. Dans ces échantillons lunaires, on a découvert des isotopes de titane identiques à ceux du manteau terrestre (->).

Science & Vie se faisait l'écho, en octobre dernier, de le découverte de grandes quantités d'eau dans le manteau de le Lune. Une révélation qui avait alors fait vaciller le scénario favori des spécialistes, dit de “l'impact géant”, qui postulait que notre satellite serait né d'une collision entre la Terre et une planète plus petite. Si la présence d'eau sapait donc déjà cette hypothèse, l'analyse du titane lunaire lui porte aujourd'hui un coup fatal, relançant un scénario minoritaire, celui d'une naissance conjointe de la Terre et de son satellite.

TOUT EST RELANCÉ : En effet, en étudiant des échantillons datant des premières missions Apollo, des chercheurs de l'université de Chicago viennent de découvrir qu'ils contiennent exactement les mêmes isotopes du titane que le manteau terrestre. "Ce qui contredit le seul modèle qui pouvait encore sauver le scénario de l'impact géant", s'exclame Junjun Zhang, principal auteur de l'étude. Ce modèle envisageait la formation, après la collision, d'un gigantesque nuage de gaz qui aurait équilibré la composition des deux astres. Ce mécanisme peut expliquer pourquoi ils ont la même composition en eau ou en n'importe quel élément volatil... mais pas en titane, précise le chercheur. Sa température de condensation étant très élevée, il n'a pas pu se mélanger sous forme gazeuse.
Devant l'évidence, deux autres scénarios voient leur côte remonter. Selon le premier, la Terre et la Lune seraient nées de concert, émergeant d'un même nuage de gaz et de poussières... Mais dans ce cas, il faudrait expliquer pourquoi les densités mesurées sont différentes entre les deux astres. Second scénario, nommé “hypothèse de la fusion”, le Lune pourrait n'être qu'un morceau du manteau de notre planète : à peine formée, ses roches encore en fusion, la jeune Terre aurait vu une partie de son manteau lui échapper sous l'effet de sa rotation rapide sur elle-même ; celui-ci se serait alors aggloméré en orbite, formant son satellite. Mais, là encore, reste à comprendre pourquoi on ne détecte aucune trace dans le mouvement actuel du système d'une telle rotation. Comme le constate non sans plaisir Bernard Marty, du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques de Nancy : "Il faut étudier d'autres éléments, chrome, tungstène, molybdène... et faire tourner les modèles en tenant compte de cette nouvelle contrainte. Bref, tout est relancé !"

Il y a de l'eau dans le manteau de la lune ! Totalement inattendue, cette découverte oblige à revoir la thèse de "l'impacteur géant" ayant donné naissance à notre satellite. De fait, ce scénario ne prévoit pas, a priori, d'eau lunaire. Du coup, les spécialistes s'enflamment...

De l'univers, les astrophysiciens sont capables de reconstituer l'histoire en remontant le temps jusqu'à une fraction de seconde après le big-bang. Des galaxies ou des étoiles, ils connaissent le cycle de vie avec une précision d'horloger. De la formation des planètes, ils savent presque tous les secrets... On pourrait donc croire que la Lune, juste au-dessus de nos têtes, visible à l'œil nu et sur laquelle l'homme a même posé le pied, n'offre plus aucun mystère aux spécialistes du ciel. Mais c'est tout le contraire ! Car le satellite de notre planète bleue recèle en réalité une énigme qui aujourd'hui, oblige les experts ès Lune à reconsidérer leurs connaissances, voire à s'écharper entre eux. Quelle énigme ? La présence totalement inattendue d'eau lunaire. De fait, la Lune était jusqu'ici considérée comme complètement sèche. Érik Hauri, à la Carnegie Institution de Washington, et Alberto Saal, de la Brown University à Providence (États-Unis), viennent de démontrer le contraire en étudiant les roches provenant de son intérieur. Selon leurs analyses, notre satellite naturel recèlerait des molécules d'eau emprisonnées dans son manteau à des concentrations proches de celles du manteau supérieur de la Terre. Or, cette découverte pose de sérieux problèmes aux théoriciens de l'astre sélène. Car une Lune aussi humide n'est guère compatible avec le scénario de sa formation le plus solidement admis à l'heure actuelle.
Revenons au tout début de l'histoire, telle que les planétologues la racontaient jusqu'ici. Le Soleil se serait allumé il y a 4,56 milliards d'années. Autour de lui, un disque de gaz et de poussières, matière première des futures planètes qui grossiront en quelques dizaines de millions d'années par collisions de corps de plus en plus gros. La Lune, elle, serait apparue entre 30 et 70 millions d'années après le début de cette histoire, à la suite d'une collision entre un corps de la taille de Mars et la jeune Terre encore chaude. Les débris pulvérisés de l'impacteur et d'une partie du manteau terrestre auraient alors formé un disque de poussières qui se serait ensuite effondré pour former la Lune.
Lorsque des chercheurs de Harvard proposent ce scénario dit "de l'impact géant", en 1946, celui-ci passe relativement inaperçu, faute de pouvoir être vérifié in situ. Mais en 1975, dans la foulée du succès des missions Apollo, les astronomes américains William Hartmann et Donald Davis font remarquer qu'il rend compte de plusieurs observations. Notamment celle d'une Lune totalement déshydratée, comme l'indiquent alors les analyses des échantillons que les astronautes ont ramenés. De fait, comme le précise François Robert, au Muséum d'histoire naturelle de Paris, "dans le scénario de l'impact géant, la température de formation de la Lune est bien plus importante que celle de la Terre. De prime abord, il est donc impossible d'y incorporer de l'eau". De quoi faire de l'impact géant "le" scénario officiel de formation du satellite naturel de la Terre. Sauf qu'en 2008, Alberto Saal change la donne. Grâce à une technique spectroscopique ultra-précise, il analyse de nouveau des échantillons lunaires de roches volcaniques. Soit des minéraux formés il y a trois milliards d'années lors d'une éruption de magma sur la surface lunaire. Conclusion : contrairement à ce que montraient les études antérieures, moins précises, ces roches contiennent en réalité de l'eau, à hauteur de 5 ppm (parties par million). C'est certes vingt fois moins que dans le manteau supérieur terrestre, mais ce n'est pas zéro.
Eau lunaire (->) : la découverte qui change tout. L'étude du magma lunaire, prisonnier dans des minéraux à l'intérieur de la Lune, a révélé, au printemps 2011, des concentrations d'eau similaires à celles du manteau terrestre.
Et le coup de tonnerre survient au printemps 2011. Cette fois, les géologues passent au crible de leur spectromètre de minuscules échantillons de magma primitif, piégé dans de l'olivine (un minéral du groupe des silicates), avant son éruption à la surface de l'astre. Avec cette olivine, ils ont un accès direct à la composition de l'intérieur de la Lune, et notamment aux quantités d'éléments volatils qu'elle renferme, la roche n'ayant pas eu la possibilité de les relâcher avant de refroidir. Les quantités d'eau atteignent alors entre 60 et 140 ppm, soit des proportions comparables à celles du manteau supérieur de notre planète ! "Par rapport à pas du tout, c'est énormément d'eau", s'amuse Alberto Saal, ravi de sa découverte. Et l'équipe a trouvé bien d'autres éléments volatils piégés dans l'olivine, dont du fluor, du chlore et du sulfure. "Ce n'est pas cohérent avec l'image que nous avions d'une Lune qui aurait perdu ses éléments volatils durant le dégazage qui a accompagné l'impact géant". Alors, exit ce dernier scénario ? Après tout, il existe bien d'autres façons d'envisager la naissance de la Lune... Pourquoi ne pas imaginer qu'elle se soit formée loin de notre planète, avant d'être "capturée" gravitationnellement par la Terre, en passant près d'elle ?

DE L'EAU DANS LA FOURNAISE : Sauf qu'il aurait fallu, pour cela, qu'elle s'approche à la bonne distance de notre planète, après que sa vitesse eut d'abord été réduite par un choc avec un autre corps... ce qui ressemble trop à un scénario ad hoc. Et ce dernier aurait dû conduire à une orbite lunaire beaucoup plus allongée qu'elle ne l'est en réalité.
Autre possibilité : la Lune aurait pu se former en même temps que la Terre et dans la même zone du système solaire. Mais si cette hypothèse était la bonne, alors la densité de la Lune devrait être à peu près égale à celle de la Terre, ce qui est loin d'être le cas. Il existe encore un autre scénario, dit "de la fission", proposé en 1978 par George Howard Darwin (le fils de Charles), selon lequel l'astre lunaire pourrait tout simplement être un morceau du manteau de la jeune Terre encore en fusion, arraché à la faveur d'une rotation rapide de cette dernière sur elle-même. "Ce serait parfait pour expliquer les similitudes de composition de la Lune et du manteau terrestre, admet Alessandro Morbidelli, de l'Observatoire de la côte d'Azur, à Nice. Pour autant, un tel scénario implique une Terre tournant très rapidement sur elle-même. Or, le moment cinétique étant une grandeur qui se conserve physiquement, on devrait le retrouver aujourd'hui dans le système Terre-Lune, ce qui n'est pas le cas. Et Willy Benz, de l'université de Berne, en Suisse, d'ajouter : "Le scénario de Darwin a été disqualifié du fait de ses propres insuffisances. L'impact géant est le seul scénario de formation de la Lune qui permet de rendre compte de l'ensemble des contraintes dynamiques du système Terre-Lune". Alessandro Morbidelli le pense aussi : "Il n'y a pas d'alternative". Les scientifiques sont donc désormais devant un véritable casse-tête : expliquer comment la Lune, née d'un impact géant qui l'a vraisemblablement plongée dans une fournaise, peut receler autant d'eau dans son manteau. Certes, "l'impact géant relève d'une physique de non-équilibre difficile à modéliser, et dont on parvient encore mal à poser des contraintes sur la cinétique", souligne Bernard Marty, du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques, à Nancy. Il est donc difficile d'affirmer ce qui aurait précisément dû advenir de l'eau et des autres composés volatils présents lors du cataclysme. Mais si l'on suit Alberto Saal et Erik Hauri, il faut quand même expliquer pourquoi les concentrations en éléments volatils dans le manteau terrestre supérieur et à l'intérieur de la Lune sont quasi identiques. Selon les simulations numériques de l'impact géant réalisées en 2004 par Robin Canup à l'université de Boulder (États-Unis) - les plus précises à ce jour -, la Lune serait composée à 80 % de matériaux provenant de l'impacteur et à 20 % de matériaux terrestres. Et pour les spécialistes, il est difficile d'imaginer que les deux corps entrés en collision possédaient le même contenu en éléments volatils (toutes les planètes du système solaire interne en présentent des concentrations différentes).
Pour expliquer l'étrange coïncidence, les planétologues disposent néanmoins d'une piste. Le modèle proposé en 2007 par David Stevenson, au Caltech (États-Unis), en complément du scénario de l'impact géant : l'échange de matière. D'après le théoricien américain, il n'est pas impossible qu'après la collision, une grande atmosphère chauffée à 2000°C et agitée de mouvements convectifs se soit développée entre la Terre et le disque lunaire en formation. Ce faisant, des échanges de matière auraient pu avoir lieu entre les deux planètes, qui auraient équilibré leur composition. Le physicien reste toutefois prudent : "On ne peut pas dire que mon modèle soit directement confirmé par les mesures d'Alberto Saal, mais il peut expliquer une certaine rétention d'eau dans la Lune".
Est-ce pour autant la panacée ? Les avis divergent. Pour Willy Benz, "le modèle de Stevenson n'est pas fondé sur de complexes simulations numériques multidimensionnelles, mais sur des ordres de grandeur. Ainsi, on pourrait discuter des conditions initiales ou des températures et des pressions envisagées. Mais c'est la meilleure solution au problème". Ce qui est néanmoins loin d'être l'avis de Francis Albarède, à l'Ecole normale supérieure de Lyon. Car pour le géochimiste, "dans un tel scénario, il n'y a pas que de la matière qui s'échange, mais également de l'énergie de rotation. Et ce phénomène d'équilibration devrait conduire in fine la Lune à tomber sur la Terre". Conclusion indéniablement démentie par les faits...

FORMATION DE LA LUNE : 5 SCÉNARIOS EN CONCURRENCE

Scénario dominant, l'impact géant vient toutefois d'être mis à mal par la découverte d'eau dans le manteau lunaire. Il existe quatre autres théories. Si certaines permettent d'expliquer cette présence d'eau, chacune présente des incohérences. Tour d'horizon des genèses possibles.

L'HYPOTHÈSE DE L'IMPACT GÉANT Dans ce scénario, qui reste le favori, un corps de la taille de Mars percute la Terre. Les débris de cet impacteur et du manteau terrestre forment un disque de poussières en orbite, qui s'effondre sur lui-même par gravité pour donner naissance à la Lune. Le problème : La forte concentration d'eau découverte dans le manteau lunaire est difficilement compatible avec ce scénario : lors du choc, l'eau, comme tous les éléments volatils, aurait dû s'évaporer sous la chaleur.

L'HYPOTHÈSE DE LA CAPTURE La Lune, qui s'est formée dans une autre région du système solaire, passe à proximité de la Terre. Elle est capturée par son champ gravitationnel et se satellise alors autour d'elle. C'est le sort subi par Triton, le plus gros des satellites de Saturne. Le problème : Une vitesse et une trajectoire exceptionnelles sont nécessaires pour une telle capture. L'orbite lunaire devrait aussi être plus allongée. Et cela n'explique pas pourquoi les compositions de la terre et de la lune sont si proches.

L'HYPOTHÈSE DE LA NAISSANCE COMMUNE Alors que la Terre en formation atteint les deux tiers de sa taille finale, le nuage de poussière qui gravite autour d'elle s'agglomère sous l'effet de son propre poids. Peu à peu, en orbite autour de la Terre, la Lune prend forme. Le problème : Certes, c'est ainsi que la majorité des satellites des planètes gazeuses s'est formée. Mais si la, Lune et la Terre étaient forgées à partir des mêmes matériaux, leurs densités devraient être semblables... Ce qui n'est pas le cas.

L'HYPOTHÈSE DE LA FISSION La force centrifuge engendrée par la rotation de la Terre expulse une partie de son manteau, qui se met en orbite pour former la Lune. Ce qui expliquerait parfaitement les compositions identiques de la Terre et de son satellite. Le problème : Un tel phénomène d'expulsion implique une vitesse de rotation de la Terre sur elle-même exceptionnellement élevée, que l'on devrait encore constater aujourd'hui... Ce qui n'est pas le cas.

L'HYPOTHÈSE DE L'ÉCHANGE DE MATIÈRE APRÈS IMPACT Ce scénario commence comme celui de l'impact géant. Mais, après la collision, un vaste nuage atmosphérique enveloppe la Terre et la Lune naissante. Ces échanges de matière expliquent à la fois les similitudes de composition et la présence d'eau lunaire. Le problème : La Lune devrait se trouver considérablement freinée dans son échappée par ces échanges de matières et d'énergie. Ce qui in fine, aurait dû la faire retomber sur la Terre.

L'IMPACT DES ASTÉROÏDES : À dire vrai, le chercheur français préfère une autre solution qui, d'une certaine manière, rend obsolète la question même de savoir comment rendre compatible impact géant et Lune "mouillée". Car si pendant tout le XXe siècle, les géologues ont affirmé que de l'eau était présente dans le manteau de la Terre dès l'origine, c'est à une conclusion inverse que Francis Albarède, en se fondant sur des indices géologiques, est parvenu en 2009. Ainsi, comme il l'affirme, "la Terre et la Lune sont nées totalement sèches. Et leur eau provient d'astéroïdes originaires de la région située entre Mars et Jupiter, qui ont frappé la Terre, et donc la Lune, durant une cinquantaine de millions d'années, environ 100 millions d'années après la formation de notre planète". Scénario du reste compatible, au calendrier près, avec les simulations numériques réalisées par l'équipe d'Alessandro Morbidelli sur la formation des planètes du système solaire. Sauf qu'il y a un hic. Car si les eaux lunaires et terrestres proviennent d'un intense bombardement météoritique postérieur à leur formation, le faible champ de gravité de la Lune par rapport à celui de la Terre doit immanquablement se traduire par une concentration en eau plus importante sur cette dernière que sur son satellite. Tout simplement parce que la "planète bleue" doit alors avoir reçu, même relativement à sa taille, plus de météorites que la Lune, ce qui n'est pas cohérent avec les mesures que vient d'effectuer Alberto Saal...
Francis Albarède n'y va pas par quatre chemins : "Les roches les plus riches en eau analysées par Alberto Saal et Erik Hauri, le fameux sol orange ramené par les astronautes d'Apollo 17, sont très spéciales et bien peu représentatives de la Lune dans son ensemble. Si bien que les chiffres qu'il avance me semblent constituer une généralisation un peu hâtive". Au contraire de Bernard Marty, pour qui ces chiffres, si on les prend au sérieux, "plaident pour qu'il y ait de l'eau dans la Lune et la Terre dès le départ. Et que cette dernière ait donc survécu à l'impact géant". Auquel cas, si l'on veut sauver l'impact géant, il faut trouver une explication à ce phénomène, tout comme à l'égalité des concentrations dans les deux planètes.
Willy Benz avance une dernière idée pour tenter de dénouer l'énigme : "Avec un impacteur plus rapide, on peut imaginer une Lune dont la quasi-totalité du matériel provient du manteau de la Terre. Or, dans ce cas, il faut que l'impacteur provienne de plus loin dans le système solaire. Il n'est donc pas exclu qu'il puisse contenir beaucoup d'eau qui pourrait alors intégrer le système Terre-Lune". Comme l'indique Alberto Saal : "La balle est désormais dans le camp des modélisateurs. En tant que géochimiste, je n'ai pas de problème de principe avec le scénario de l'impact géant. Mais pour qu'il survive, il faut prendre en compte les résultats des analyses chimiques". Francis Albarède en convient : "Les nouvelles observations réclament encore beaucoup de cogitations et de discussions. Il n'y a pas de clans, mais les idées doivent évoluer". Et Willy Benz de conclure : "Il reste encore un très vaste domaine de paramètres à explorer concernant les conditions de la collision". Signe que le cosmos, aux portes mêmes de la Terre, recèle encore bien des mystères.

L'ÉNIGME DE LA FACE CACHÉE DE LA LUNE BIENTÔT ÉLUCIDÉE ? Pourquoi la face cachée de la Lune est-elle si montagneuse alors que son hémisphère visible est si plat ? Des simulations suggèrent qu'une collision entre la Lune et un autre satellite trois fois plus petit qu'elle aurait déformé sa face cachée. D'après les simulations numériques de Martin Jutzi, planétologue de l'université de Berne (Suisse), environ 70 millions d'années après la formation de la Lune par le supposé "impact géant", notre satellite aurait subi une collision avec un autre objet, environ trois fois plus petits que lui, est composé du même matériau (tous deux seraient nés du même disque de débris orbite autour de la Terre). Cette seconde collision, quatre fois moins rapide que la première, aurait créé non pas un cratère, mais à l'agglomérat de matières, élevant le niveau du sol de la Lune. "C'est dans ces conditions que les simulations reproduisent le mieux le relief de la face cachée", précise Martin Jutzi. Sans échantillons de roches provenant de cette hémisphère qui se dérobe à la vue, il faudra attendre les données sur le champ de gravité de notre satellite que devrait rapporter, dès mars 2012, la mission Grail (Gravity recovery and interior laboratory) de la NASA.

Des analyses viennent de révéler que la Lune était constituée d'un bon tiers de matière arrachée à la Terre à la suite d'une collision avec un planétoïde.
Il y a 4,53 millions d'années la Lune naissait de la collision d'un planétoïde et de la Terre... (->)

Aujourd'hui, tous les scienfifiques sont à peu près d'accord sur les circonstances qui ont présidé à la naissance de notre satellite : alors que le système solaire était encore un vaste jeu de bowling, un planétoide de la taille de Mars a heurté la Terre, et les débris de la collision se sont agrégés et mis en orbite autour de notre planète, formant la Lune. Mais deux points restaient en suspens : les proportions respectives de matière provenant de la Terre et du planétoïde dans la composition de la Lune ; et le moment exact de la collision. En mesurant les proportions de niobium (Nb) et de tantale (Ta) de différents échantillons rocheux de la Terre, de la Lune, de Mars et de divers astéroïdes (cousins germains de l'ancien planétoïde), Carsten Munker et ses collègues de l'université de Munster, en Allemagne, en ont conclu que les roches venant du planétoïde représentaient moins des deux tiers de notre satellite naturel. Autrement dit, au moins un tiers de la Lune est constitué de matière arrachée à la Terre au moment du choc. De plus, selon les minéralogistes allemands, ces analyses indiquent que la collision a eu lieu lors de la formation du cour et du manteau terrestres, ce qui impose que la Lune ait au moins 4,53 milliards d'années, date à laquelle le manteau terrestre était déjà formé.