Comment des gaz terrestres se sont-ils retrouvés sur la Lune ?

Lorsqu’ils ont analysé six météorites lunaires retrouvées en Antarctique par la NASA, des chercheurs suisses affiliés au prestigieux ETH Zurich ont fait une découverte étonnante ; ils ont déterminé que ces morceaux de roches originaires de notre satellite abritaient des éléments chimiques qui provenaient directement… de l’intérieur de la Terre. Une conclusion qui pourrait sembler délirante à première vue; mais elle représente en fait la première preuve quasiment indiscutable d’une vieille hypothèse sur l’histoire de notre planète.

Pour comprendre les tenants et aboutissants de ces travaux, il faut remonter aux origines de la Lune. Il y a environ 4,5 milliards d’années, quelques centaines de millénaires après la formation du système solaire, le contexte était très différent.

À l’époque, la Terre n’était encore qu’une planète juvénile, un gros amas de matière agglomérée qui n’était même pas complètement refroidie. Et surtout, elle évoluait en solitaire ; la Lune ne faisait pas encore partie du paysage à cette époque.

Pour tenter de déterminer son origine, les astronomes ont passé des tas de scénarios en revue. Mais aucun n’a réussi à apporter une preuve indiscutable qui permettrait de trancher en faveur de telle ou telle piste. Mais il y en a un en particulier qui remporte tout de même l’adhésion de la majorité des chercheurs : l’hypothèse de l’impact géant.

Des signatures chimiques terrestres au milieu de la Lune

Elle suggère que la Lune serait née suite à une collision cataclysmique entre cette Terre précoce et un autre corps céleste massif. Sa taille serait comparable à celle de Mars, soit un peu plus de la moitié de notre planète. Cet objet, baptisé Théia, aurait percuté notre futur berceau de plein fouet à plus de 40 000 km/h.

L’impact aurait été si violent qu’une partie du manteau terrestre aurait été immédiatement liquéfiée, laissant ainsi place à un vaste océan de roche fondue. Une grande quantité de matériel aurait aussi été vaporisée et catapultée en orbite, rejoignant ainsi les restes de Théia, elle aussi pulvérisée sur place. Tout ce matériel se serait ensuite aggloméré une nouvelle fois pour former un nouveau corps céleste : la Lune.

Cette hypothèse est aujourd’hui privilégiée par les spécialistes, car elle est cohérente avec la réalité observable. Le problème, c’est qu’il manque encore des éléments concrets qui permettraient de lever les derniers doutes une fois pour toutes ; et c’est peut-être ce que les planétologues suisses viennent d’apporter.

Ils sont en tout cas formels sur un point; il ne fait aucun doute qu’une partie des éléments chimiques retrouvés dans ces météorites provenait bel et bien de la Terre. Ils avancent en tout cas plusieurs arguments extrêmement solides; tous sont basés sur des signatures chimiques repérées à l’aide d’un engin pas comme les autres.

La machine, baptisée Tom Dooley (certains reconnaîtront une référence à Grateful Dead), est en effet le spectromètre à gaz nobles le plus précis au monde. Il a permis aux chercheurs de s’intéresser à la présence de « variantes » (ou plus précisément, d’isotopes) très particulières de certains gaz nobles, comme l’hélium et le néon. Habituellement, les chercheurs associent leur présence à l’influence des vents solaires qui balaient la surface des planètes.

L’origine de la Lune est désormais presque certaine

Mais ici, les météorites provenaient de matériel qui a cristallisé dans les profondeurs de la Lune, et non pas à la surface. Elles auraient donc dû être protégées de l’influence des vents solaires. Pourtant, il présentait tout de même ces fameuses signatures isotopiques; cela suggère qu’il a tout de même été exposé à ce flux de particules au moment de sa cristallisation.

Selon les chercheurs, l’impact entre Théia et la Terre serait donc le seul scénario qui pourrait expliquer le transfert de cette « signature isotopique » au beau milieu de la Lune. Ces roches se serait formées à partir de matériel originaire de la Terre qui présentait déjà ces signatures. « Trouver des gaz solaires pour la première fois dans du matériel basaltique de la Lune, sans aucun lien avec une exposition de surface, c’était un résultat très excitant », concède Patrizia Will, doctorante à l’ETH associée à l’étude.

Il s’agit incontestablement d’éléments parmi les plus probants en faveur de cette théorie. Ce n’est pas encore une confirmation absolue et définitive, mais c’est tout comme ; le dossier est désormais plus solide que jamais. Il faudrait apporter des éléments exceptionnellement convaincants pour persuader les spécialistes de privilégier une hypothèse différente.

Une ruée vers les gaz nobles ?

Et l’autre bonne nouvelle, c’est que la portée de ces travaux pourrait même être plus importante que prévu. En effet, l’étude des gaz nobles a souvent été reléguée au second plan par les chercheurs. C’est en partie car ils sont parfaitement inertes; ils ne participent pas aux réactions chimiques dont les chercheurs peuvent déduire beaucoup d’informations.

Mais selon Henner Busemann, professeur à l’ETH et sommité mondialement reconnue de la géochimie extraterrestre, les exploits du spectromètre Tom Dooley pourraient bien encourager d’autres planétologues à s’intéresser de plus près aux gaz nobles.

“Je suis fortement convaincu qu’il va y avoir une course à l’étude des gaz nobles et de leurs isotopes dans les matériaux météoritiques”, prédit-il. “Ces connaissances pourraient aider les chimistes et physiciens à créer de nouveaux modèles pour montrer comment des éléments aussi volatils peuvent survivre à la formation d’une planète, dans notre système solaire et au-delà.”

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