Face cachée de la Lune : les premiers échantillons arrivent sur Terre

La sonde chi­noise Chang’E 6, lan­cée le 3 mai 2024¹, a rame­né sur Terre les pre­miers échan­tillons de la face cachée de la Lune. La mis­sion trans­por­tait plu­sieurs charges utiles inter­na­tio­nales, dont l’ins­tru­ment fran­çais DORN² (Detec­tion of Out­gas­sing RadoN). Il s’a­git du pre­mier ins­tru­ment fran­çais actif déployé à la sur­face de la Lune et sa mis­sion était de mesu­rer le radon, un gaz radio­ac­tif pro­duit en conti­nu dans le régo­lithe, dans le but d’étudier l’origine et la dyna­mique de la fine atmo­sphère (appe­lée exo­sphère) qui entoure notre satel­lite. Il avait aus­si pour objec­tif de mieux com­prendre les varia­tions spa­tiales et tem­po­relles de ce gaz, qui avaient été détec­tées depuis l’orbite par les mis­sions Apol­lo 15–16, Lunar Pros­pec­tor et Kaguya-SELENE, et qui sug­gé­raient la pré­sence d’une acti­vi­té de déga­zage très loca­li­sée, pos­si­ble­ment cor­ré­lée à cer­tains évè­ne­ments sismiques.

DORN a été conçu et construit à l’I­RAP³, l’Ins­ti­tut de Recherche en Astro­phy­sique et Pla­né­to­lo­gie, et est un pro­jet géré par le Centre natio­nal d’études spa­tiales (CNES) en col­la­bo­ra­tion avec le CNRS, l’Université Tou­louse III –  Paul Saba­tier, et l’Ins­ti­tut de géo­lo­gie et de géo­phy­sique de l’A­ca­dé­mie des sciences de Chine (IGG-CAS). Cet ins­tru­ment est la pre­mière col­la­bo­ra­tion entre la France et la Chine dans le domaine de l’ex­plo­ra­tion pla­né­taire. Ses décou­vertes nous aide­ront à mieux com­prendre la migra­tion des gaz à la sur­face de la Lune (corps sans atmo­sphère qui nous est le plus acces­sible) et plus géné­ra­le­ment, les inter­ac­tions et échanges entre sur­faces pla­né­taires et leur envi­ron­ne­ment spatial.

Les échan­tillons de la nou­velle mis­sion, qui a duré 54 jours, sont très dif­fé­rents de ceux col­lec­tés par les mis­sions pré­cé­dentes, qui pro­ve­naient tous de la face visible de la Lune. Chang’E s’est posée le 2 juin 2024 sur un site pré­sé­lec­tion­né (le cra­tère Apol­lo) à l’in­té­rieur d’un très large bas­sin d’impact de 2 400 km de dia­mètre, dénom­mé le South Pole-Ait­ken (SPA), qui a peut-être expo­sé en sur­face des roches du man­teau lunaire. Le site choi­si est recou­vert de cou­lées de lave (basaltes) refroi­dies, de teinte sombre, qui res­semblent aux mers lunaires que l’on retrouve prin­ci­pa­le­ment sur la face visible de la Lune (elles aus­si d’origine vol­ca­nique), mais qui sont très peu pré­sentes sur sa face cachée.

L’un des objec­tifs de la récu­pé­ra­tion d’échantillons de cette région est de com­prendre l’asymétrie entre les faces visibles et cachées de la Lune, et notam­ment de com­prendre pour­quoi l’activité vol­ca­nique y a été dif­fé­rente. Les échan­tillons – plus de 2 kg de régo­lithe et de roches lunaires – ont été obte­nus à l’aide d’une foreuse et d’un bras robo­ti­sé⁵. Ce char­ge­ment a ensuite décol­lé de la sur­face lunaire, s’est amar­ré et a été trans­fé­ré à la cap­sule de ren­trée res­tée en orbite, avant de retour­ner sur Terre.

« DORN a enre­gis­tré près de 110 heures de don­nées en orbite et 20 heures de don­nées pen­dant les opé­ra­tions de sur­face », explique Pierre-Yves Mes­lin, res­pon­sable scien­ti­fique de la mis­sion DORN à l’I­RAP. Lui et son équipe tra­vaillent actuel­le­ment à l’a­na­lyse de ces données.

Du côté des scien­ti­fiques chi­nois, les pre­mières ana­lyses des échan­tillons réa­li­sées en labo­ra­toire par data­tion radio­mé­trique, basée sur des mesures d’isotopes du plomb, du rubi­dium et du stron­tium, indiquent la pré­sence de frag­ments de roches basal­tiques datant d’il y a 4,2 et 2,8 mil­liards d’années, et révé­lant donc l’existence d’au moins deux évè­ne­ments vol­ca­niques dans cette région. 

L’activité vol­ca­nique qui a eu lieu sur la face cachée semble ain­si s’être pro­duite à des âges dif­fé­rents du vol­ca­nisme carac­té­ris­tique de la face visible, qui date prin­ci­pa­le­ment d’il y a plus de 3 mil­liards d’années, d’après les esti­ma­tions basées sur l’a­na­lyse des échan­tillons lunaires rame­nés par les mis­sions amé­ri­caines « Apol­lo » et sovié­tiques « Luna ». Ces nou­velles décou­vertes ont été publiées par Zexian Cui et ses col­lègues de l’Ins­ti­tut de géo­chi­mie de Guangz­hou de l’A­ca­dé­mie chi­noise des sciences dans la revue Science⁶ ;  et par l’équipe de Qian Zhang de l’Institut de Géo­lo­gie et de Géo­phy­sique de Bei­jing dans la revue Nature⁷. Cette der­nière étude date cer­tains échan­tillons à 4,2 mil­liards d’années.

Les cher­cheurs pensent que la fine croûte située sous le bas­sin SPA a pu per­mettre au vol­ca­nisme de per­sis­ter dans cette région. Ils ont en effet pu mon­trer que ce n’était pro­ba­ble­ment pas la teneur en élé­ments radio­ac­tifs (ura­nium, tho­rium, potas­sium-40), for­te­ment enri­chis dans cer­taines plaines vol­ca­niques de la face visible, qui a dû être res­pon­sable de ce vol­ca­nisme. Mais la rela­tive rare­té des traces de vol­ca­nisme sur la face cachée reste à expliquer.

Les échan­tillons non basal­tiques éga­le­ment col­lec­tés per­met­tront, eux, de mieux com­prendre la for­ma­tion de la croûte lunaire pri­maire (hauts pla­teaux clairs carac­té­ris­tiques de la face cachée de la Lune), l’effet des pro­ces­sus d’impact sur cette croûte, et peut-être d’accéder à la com­po­si­tion du man­teau lunaire, pos­si­ble­ment expo­sé dans le bas­sin SPA. 

« Ces ana­lyses per­met­tront d’affiner des obser­va­tions anté­rieures réa­li­sées par télé­dé­tec­tion qui ont mon­tré que la face cachée de la Lune est dif­fé­rente, en termes de géo­phy­sique (dif­fé­rences d’épaisseur de la croûte, par exemple) et de com­po­si­tion chi­mique et miné­ra­lo­gique des roches, de celle de la face visible », explique Pierre-Yves Mes­lin. Par exemple, les quan­ti­tés de potas­sium, de terres rares et de phos­phore (connus ensembles sous le nom de KREEP) dif­fèrent d’un côté à l’autre de la Lune.

L’im­pact géant qui a créé le bas­sin de SPA pour­rait en être la cause, puis­qu’il était suf­fi­sam­ment puis­sant pour redis­tri­buer les maté­riaux lunaires. Par exemple, il aurait pu trans­por­ter des maté­riaux riches en KREEP vers le côté visible de la Lune, lais­sant le man­teau du côté caché appau­vri en KREEP.

Isabelle Dumé