L’énigme du titane lunaire expliquée
Pourquoi le titane se retrouve-t-il principalement sur la face visible de la Lune ? Une hypothèse avancée en 2022 suggère qu’à l’origine, lorsque la Lune était encore un océan de magma, la distribution du titane était homogène. Cependant, ce métal a été déplacé vers la face visible à la suite d’une immense collision avec un astéroïde, alors que le manteau lunaire, en cours de cristallisation, était en train de « se retourner ». Ce processus a permis aux éléments lourds, comme le titane, de remonter vers la surface après avoir migré vers le noyau. Cette théorie est soutenue par une étude du champ gravitationnel de la Lune menée par Adrien Broquet, chercheur au Centre allemand pour l’aéronautique et l’astronautique (DLR), et ses collaborateurs.
Les échantillons lunaires rapportés par les missions Apollo ont révélé que certaines roches lunaires sont riches en titane, tandis que d’autres sont dépourvues d’éléments volatils, qui s’évaporent facilement sous forte chaleur. Ce phénomène avait été partiellement expliqué par un modèle développé dans les années 1960-1970.
Après l’impact avec la proto-Terre, la Lune était un océan de magma dont la chaleur intense a fait s’évaporer les éléments volatils. En refroidissant, cet océan de magma s’est cristallisé, formant d’abord des minéraux légers comme les plagioclases, puis des olivines, constituant le manteau de la Lune. Les derniers magmas à cristalliser, riches en titane, ont migré vers le noyau, où ils ont été chauffés et remontés par convection, un processus connu sous le nom de « retournement du manteau lunaire ».
Cependant, ce modèle ne répond pas à la question de la concentration du titane sur la face visible de la Lune. En 2022, Nan Zhang, chercheur à l’université de Pékin, a proposé un modèle selon lequel l’impact géant ayant créé le cratère Aitken, à l’exact antipode de la face visible, a perturbé le mouvement du titane durant le retournement du manteau. Cet impact a engendré une instabilité dans le manteau de la face cachée, entraînant la migration des roches riches en titane vers la face visible en quelques dizaines de millions d’années.
Le mouvement des roches riches en titane dépend de la viscosité du manteau lunaire, qui est liée à la température et à la composition, mais demeure inconnue. Des cartes établies par Nan Zhang et ses collègues montrent que la répartition du titane correspond aux anomalies gravitationnelles détectées par les satellites Grail, qui ont cartographié l’attraction gravitationnelle de la Lune entre 2011 et 2012.
Ces satellites ont mesuré les variations d’accélération dues à la présence de masses importantes sous la surface lunaire, révélant des zones à potentiel gravitationnel élevé, même en l’absence de relief visible. Ces anomalies forment un hexagone autour de la face visible. Adrien Broquet a noté que la position de ces anomalies coïncide avec les prévisions de Nan Zhang concernant la présence de roches enrichies en titane.
Cette étude apporte également des informations sur la chronologie de ces processus. Certaines anomalies gravitationnelles liées aux coulées de titane ont été partiellement détruites par des impacts géants, suggérant que le titane est plus ancien, le plus ancien impact ayant eu lieu il y a 4,2 milliards d’années. Le retournement du manteau aurait donc eu lieu lorsque la Lune avait moins de 300 millions d’années, une chronologie qui pourra être vérifiée par les échantillons collectés lors des missions du programme Artemis, qui exploreront le bassin Pôle Sud-Aitken.
Source : Pour la Science
