Il y a 50 ans, l’Homme marchait pour la première fois sur la Lune. La mission Apollo XI et celles qui ont suivi ont permis de ramener près de 400 kg de roches lunaires sur Terre, et ainsi d’en apprendre plus sur notre satellite naturel, sur l’histoire de la Terre et sur celle de notre système solaire.

Retour en interview sur ce périple scientifique et technologique avec Sébastien Charnoz et Frédéric Moynier, cosmochimistes à l’institut de physique du globe de Paris.

 

Les influences Terre-Lune

La Lune, seul satellite naturel de la Terre, est un objet de fascination depuis toujours. En témoignent les multiples références à la Lune aussi bien dans la littérature (Jules Verne !) qu’au cinéma ou dans la peinture (à voir l’exposition du Grand Palais).

Mais cette relation entre la Terre et la Lune est bien plus complexe et multiple que le seul regard porté par l’Homme. Bien sûr, le lien le plus connu est celui des marées, ce mouvement des océans influencé par l’attraction de la Lune, dont nous pouvons observer le va-et-vient deux fois par jour dans tous les océans du globe. Saviez-vous que ce mouvement de « marée » est également présent sur la Lune, lié à l’attraction de la Terre ? Il n’y a pas d’océan sur la Lune, mais cette « marée » se manifeste par des tremblements de Lune, des craquements à sa surface, qui ont été enregistrés par les sismomètres déposés lors des missions Apollo.

Cette relation complexe s’illustre également dans l’influence de la Lune sur l’axe et la vitesse de rotation de la Terre, et donc sur notre climat, sur notre biodiversité, sur l’apparition de la vie !

Enjeux scientifiques des missions Apollo

En ramenant des roches lunaires sur Terre, les astronautes ont offert un vrai cadeau aux scientifiques du monde entier : celui de pouvoir les analyser et les dater. La datation a révélé que les roches lunaires étaient beaucoup plus anciennes que les plus anciennes roches terrestres : 4.5 milliards d’années ! Le même âge que notre Terre.

Comment expliquer que la surface de la Lune n’ait pas bougé depuis si longtemps, quand sur Terre, les roches les plus anciennes (et extrêmement rares !) ont 3.8 milliards d’années ? La faute à la tectonique des plaques et au volcanisme. Contrairement à la Terre, planète particulièrement active d’un point de vue géologique, la Lune est un astre mort : sa surface n’est pas en perpétuel mouvement et renouvellement comme sur Terre. Ce qui signifie qu’elle n’a quasiment pas bougé depuis des milliards d’années.

L’analyse des roches lunaires a également permis de se pencher sur sa composition. Elle a révélé que les roches lunaires étaient presque en tout point semblables aux roches du manteau terrestre, à la différence près qu’elles sont pauvres en fer et en éléments volatiles comme l’eau.

La datation et la composition ont permis de changer la manière d’envisager la formation de la Lune.

Théorie(s) de formation de la Lune

« L’une des premières théories sur la formation de la Lune a été émise par le fils de Charles Darwin, explique Sébastien Charnoz. A l’époque de la formation de la Lune, il y a environ 4.5 milliards d’années, la proto-Terre (ce n’était pas encore la Terre telle qu’on la connait aujourd’hui) tournait beaucoup plus vite sur elle-même. Il a donc émis l’hypothèse que du fait qu’elle tournait très vite, un morceau avait fini par se décrocher pour former la Lune. »

L’hypothèse aujourd’hui, corroborée par les échantillons lunaires, est bien différente. La Lune se serait formée à la suite d’une collision géante entre la Terre et un astre de la taille de Mars. « Cette collision aurait formé un immense nuage de débris autour de la Terre, qui se seraient progressivement agglomérés pour  former la Lune. » A noter que si cette théorie est le plus « satisfaisante », elle ne fait pas non plus consensus et que de nombreuses questions restent encore en suspens. « Toutes les modélisations mettent en avant que la quantité de débris n’était pas suffisante pour former la Lune telle qu’elle est actuellement. C’est un mystère non résolu à ce jour ».

Les instruments laissés sur place

Lorsque les astronautes se sont rendus sur la Lune, ils n’ont pas fait que ramasser des cailloux ! Ils ont aussi mené des expériences sur place. La première a été d’installer des sismomètres, pour surveiller l’activité géologique de la Lune. Ces sismomètres qui fonctionnent toujours aujourd’hui ont montré la présence de « tremblements de Lune ».

L’autre mission a été d’installer des panneaux réfléchissants – ou réflecteurs lasers – sur le sol lunaire. L’objectif ? Opérer des tirs lasers depuis la Terre vers ces panneaux et ainsi pouvoir mesurer la distance Terre-Lune ainsi que la rotation de la Lune. La précision est millimétrique. Et la régularité des mesures a permis de démontrer que la Lune s’éloignait de la Terre de 3,8 cm par an.

Les mesures ont aussi révélé des mouvements complexes de la Lune et de la Terre : mouvement des pôles, dérive des continents…

Pourquoi vouloir retourner sur la Lune aujourd’hui ?

« Les 6 missions Apollo qui se sont posées sur la Lune n’ont en réalité couvert qu’1% de la surface de la Lune, précise Frédéric Moynier. Autant dire qu’il y a encore énormément de choses à découvrir ! »

La Lune réserve encore bien des mystères pour les scientifiques et son exploration dans les années 1970 a posé plus de questions qu’elle n’a apporté de réponses.

Aujourd’hui, les raisons de retourner sur la Lune sont donc multiples. Au-delà de l’aspect géopolitique, l’exploration lunaire répond à des enjeux à la fois scientifiques, technologiques et économiques.

Scientifique car des découvertes ont été réalisées depuis les missions Apollo : le fait qu’il y ait de l’eau dans les cratères polaires lunaires par exemple. L’étude de cette eau pourrait permettre de nous en apprendre plus sur l’apparition de l’eau – et de la vie ! – sur Terre.

Technologique car le savoir-faire des missions Apollo s’est perdu depuis la dernière mission en 1976. Le retour sur la Lune va demander de reconstruire ce savoir-faire avec des technologies très différentes de l’époque.

Economique enfin car la Lune recèle des terres rares, des métaux peu abondants sur Terre, ainsi que de l’Hélium3, une molécule qui pourrait permettre de créer une nouvelle source d’énergie.

Enfin, pourquoi pas un peu de science-fiction ? Et si la première base spatiale humaine était lunaire et non martienne ? Là-encore, de parole d’expert, ce n’est pas pour tout de suite, même si on ne peut s’empêcher d’y rêver.

 

 

 

 

Sébastien Charnoz et Frédéric Moynier sont cosmochimistes à l’Institut de physique du globe de Paris et professeurs à l’Université de Paris. Ils appartiennent à l’équipe Cosmochimie, Astrophysique et Géophysique expérimentale

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