{"id":3673,"date":"2012-11-19T06:00:59","date_gmt":"2012-11-19T05:00:59","guid":{"rendered":"http:\/\/sciencetonnante.wordpress.com\/?p=3673"},"modified":"2012-11-19T06:00:59","modified_gmt":"2012-11-19T05:00:59","slug":"quelle-est-lorigine-de-la-lune","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/2012\/11\/19\/quelle-est-lorigine-de-la-lune\/","title":{"rendered":"Quelle est l’origine de la lune ?"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/a>Elle nous est famili\u00e8re, nous la voyons presque tous les jours, et pourtant la Lune conserve sa part de myst\u00e8re ! J’avoue que je ne m’\u00e9tais jamais franchement demand\u00e9 d’o\u00f9 venait notre unique satellite naturel. Et vous allez voir que la r\u00e9ponse n’est pas si \u00e9vidente !<\/p>\n

Le sujet est d’ailleurs tr\u00e8s actif pour les chercheurs du domaine, comme en t\u00e9moignent trois r\u00e9cents articles publi\u00e9s simultan\u00e9ment dans les prestigieuses revues Nature<\/em> et Science <\/em>[1,2,3].<\/p>\n

Faisons donc un petit tour d’horizon des diff\u00e9rentes hypoth\u00e8ses qui expliquent l’apparition de notre Lune.<\/p>\n

La formation du Syst\u00e8me Solaire<\/h3>\n

Avant d’en venir \u00e0 la Lune proprement dite, voyons un peu ce que l’on sait de l’origine du syst\u00e8me solaire. Si l’Univers semble avoir environ 13.7 milliards d’ann\u00e9es, la formation du syst\u00e8me solaire date d’il y a \u00ab\u00a0seulement\u00a0\u00bb 4.6 milliards d’ann\u00e9es<\/strong>. Au d\u00e9part, il s’agissait d’un gigantesque nuage de gaz qui s’effondre sur lui-m\u00eame sous l’effet de l’attraction gravitationnelle. La quasi-totalit\u00e9 de la mati\u00e8re s’accumule au centre du nuage et quand la pression et la temp\u00e9rature y deviennent suffisantes, des r\u00e9actions nucl\u00e9aires s’allument : notre Soleil est n\u00e9 !<\/p>\n

\"\"<\/a>Dans le m\u00eame temps, les quelques poussi\u00e8res de mati\u00e8re qui n’ont pas \u00e9t\u00e9 captur\u00e9es au centre se mettent \u00e0 tourner autour du Soleil, puis \u00e0 s’agr\u00e9ger les unes aux autres jusqu’\u00e0 former les plan\u00e8tes : c’est le ph\u00e9nom\u00e8ne de l’accr\u00e9tion. <\/strong><\/p>\n

Les plan\u00e8tes ainsi cr\u00e9\u00e9es se divisent en deux types : les plan\u00e8tes externes sont gazeuses, c’est-\u00e0-dire constitu\u00e9es surtout d’hydrog\u00e8ne et d\u2019h\u00e9lium, alors que les plan\u00e8tes internes (Mercure, V\u00e9nus, la Terre et Mars) sont dites telluriques<\/strong> : leur coeur est un noyau compos\u00e9 de m\u00e9tal<\/strong>, et leur enveloppe est un manteau de roches silicates (du caillou, quoi !).<\/p>\n

Comme le montre le sch\u00e9ma ci-contre, pour la Terre le noyau m\u00e9tallique poss\u00e8de un rayon d’environ la moiti\u00e9 du rayon total.<\/p>\n

Les premi\u00e8res hypoth\u00e8ses sur l’origine de la Lune<\/h3>\n

L’hypoth\u00e8se la plus simple pour expliquer la pr\u00e9sence de la Lune, c’est d’imaginer qu’elle se soit form\u00e9e autour de la Terre par accr\u00e9tion<\/strong>, comme les autres plan\u00e8tes du syst\u00e8me solaire. Explication simple, mais qui ne fonctionne pas ! En effet si la Lune s’\u00e9tait form\u00e9e par accr\u00e9tion, elle devrait poss\u00e9der un noyau m\u00e9tallique dans les m\u00eames proportions que celui de la Terre. Mais \u00e7a n’est manifestement pas le cas, car la Lune n’est pas assez lourde pour \u00e7a<\/strong> ! On pense que son noyau ne d\u00e9passe pas le quart de son rayon. D’ailleurs la densit\u00e9 moyenne de la Lune est d’environ 3.5 (contre 5.5 pour la Terre), ce qui explique entre autres que la gravit\u00e9 y soit si faible et qu’elle ne puisse pas retenir d’atmosph\u00e8re.<\/p>\n

Une autre hypoth\u00e8se audacieuse a \u00e9t\u00e9 propos\u00e9e par Georges Darwin, astronome et fils du grand naturaliste Charles Darwin. En 1898, il sugg\u00e8re que la Lune se soit d\u00e9tach\u00e9e de la Terre sous l’effet des forces centrifuges<\/strong> due \u00e0 la rotation de cette derni\u00e8re. Je ne peux m’emp\u00eacher de noter l’esprit tr\u00e8s \u00ab\u00a0th\u00e9orie de l’\u00e9volution\u00a0\u00bb de cette hypoth\u00e8se, puisqu’elle revient \u00e0 dire que la Terre et la Lune auraient un anc\u00eatre commun ! Malheureusement, l\u00e0 non plus \u00e7a ne fonctionne pas. Pour que ce sc\u00e9nario soit valide, il aurait fallu que la Terre tourne initialement sur elle-m\u00eame \u00e0 une vitesse bien trop \u00e9lev\u00e9e !<\/p>\n

Enfin derni\u00e8re hypoth\u00e8se, celle de la capture<\/strong>. Et si la Lune avait \u00e9t\u00e9 form\u00e9e ailleurs, et s’\u00e9tait retrouv\u00e9e happ\u00e9e par la Terre en passant \u00e0 c\u00f4t\u00e9 d’elle ? Id\u00e9e int\u00e9ressante mais peu cr\u00e9dible : il aurait \u00e9t\u00e9 bien trop compliqu\u00e9 pour la Terre d’arriver \u00e0 freiner la Lune. Mais vous allez voir que l’hypoth\u00e8se la plus probable est une sorte de m\u00e9lange des deux pr\u00e9c\u00e9dentes.<\/p>\n

La th\u00e9orie de l’impacteur g\u00e9ant<\/h3>\n

La th\u00e9orie qui a la faveur des scientifiques aujourd’hui, c’est celle qui affirme que la Lune serait issue d’un impact entre la Terre et une autre plan\u00e8te plus petite, baptis\u00e9e Th\u00e9ia<\/strong> en r\u00e9f\u00e9rence \u00e0 la m\u00e8re de S\u00e9l\u00e8ne, d\u00e9esse grecque de la Lune.<\/p>\n

\"\"<\/a>Le sc\u00e9nario serait le suivant. Peu apr\u00e8s la formation du syst\u00e8me solaire, la Terre est percut\u00e9e par Th\u00e9ia, qui poss\u00e8de environ la taille de Mars. Juste apr\u00e8s l’impact, le noyau m\u00e9tallique de Th\u00e9ia coule au centre de la Terre, et des d\u00e9bris compos\u00e9s principalement de roches silicates sont \u00e9ject\u00e9s en orbite. Ces d\u00e9bris finissent par s’agr\u00e9ger et former la Lune.<\/p>\n

Ce sc\u00e9nario est illustr\u00e9 sur l’animation ci-contre (source<\/a>) et explique bien pourquoi la Lune poss\u00e8derait un noyau m\u00e9tallique bien plus r\u00e9duit que celui de la Terre. Des simulations num\u00e9riques d\u00e9taill\u00e9es [3] permettent de pr\u00e9ciser un peu les d\u00e9tails du choc : Th\u00e9ia aurait percut\u00e9 la Terre a une vitesse de 4 kilom\u00e8tres par seconde<\/strong>. De plus ce choc aurait eu lieu de mani\u00e8re oblique, provoquant ainsi la rotation de la Terre sur elle-m\u00eame, et de la Lune autour d’elle.<\/p>\n

L’analyse chimique des roches lunaires<\/h3>\n

Pour ajouter encore des d\u00e9tails \u00e0 l’histoire de la formation de la Lune, on peut avoir recours \u00e0 l’analyse de certains \u00e9l\u00e9ments chimiques contenus dans les roches lunaires. On peut par exemple dater la formation de la Lune gr\u00e2ce \u00e0 une m\u00e9thode que l’on peut comparer \u00e0 celle du carbone 14<\/em>, sauf qu’on utilise les \u00e9l\u00e9ments tungst\u00e8ne 182<\/em> et hafnium 182<\/em>. On apprend ainsi que l’impact a d\u00fb avoir lieu tr\u00e8s t\u00f4t, environ 50 millions d’ann\u00e9es apr\u00e8s la formation du syst\u00e8me solaire<\/strong>.<\/p>\n

\"\"<\/a>Une autre mesure utile est celle des diff\u00e9rents isotopes de l’oxyg\u00e8ne : l’oxyg\u00e8ne 16 (le plus courant), l’oxyg\u00e8ne 17 et l’oxyg\u00e8ne 18. L’abondance de ces diff\u00e9rents isotopes d\u00e9pend notamment de la temp\u00e9rature, et donne donc une id\u00e9e de la distance \u00e0 laquelle s’est form\u00e9e Th\u00e9ia. Or des mesures effectu\u00e9es sur des roches ramen\u00e9es par les missions Apollo<\/em> [5] montrent que de ce point de vue, la Lune et la Terre sont quasi-identiques. On peut donc imaginer que Th\u00e9ia s’est form\u00e9e proche de la Terre, <\/strong>par exemple par accr\u00e9tion sur l’orbite terrestre, exactement comme dans l’animation pr\u00e9sent\u00e9e plus haut.<\/p>\n

Il y a quand m\u00eame un probl\u00e8me soulev\u00e9 par ces analyses chimiques. Il s’av\u00e8re que la Lune est tr\u00e8s similaire \u00e0 la Terre, beaucoup trop similaire<\/strong> ! En effet le mod\u00e8le classique de la collision a pour cons\u00e9quence que la Lune doit \u00eatre compos\u00e9e en majorit\u00e9 de morceaux de Th\u00e9ia. Donc la Lune devrait normalement pr\u00e9senter quelques diff\u00e9rences de composition avec la Terre.<\/p>\n

Cela a amen\u00e9 plusieurs chercheurs \u00e0 imaginer des variantes du mod\u00e8le de la collision, dans lesquelles la Lune serait form\u00e9e en majorit\u00e9 de d\u00e9bris de la Terre [1,2]. L’image ci-contre tir\u00e9e de l’article [2] montre ce que seraient alors les 25 heures premi\u00e8res heures apr\u00e8s la collision. D’ailleurs une r\u00e9cente mesure [3] de l’abondance des isotopes du Zinc semble donner du cr\u00e9dit \u00e0 certains de ces mod\u00e8les alternatifs.<\/p>\n

Comme vous le voyez, l’origine de la lune est encore un sujet de recherche actif !<\/p>\n

Pour aller plus loin…<\/em><\/h3>\n

Comme je le mentionnais, un aspect important du syst\u00e8me Terre-Lune, c’est son moment cin\u00e9tique. La valeur de ce moment cin\u00e9tique (qui est quasi conserv\u00e9 au cours du temps) fournit des contraintes qui permettent de discriminer entre les diff\u00e9rents mod\u00e8les et d’apprendre des choses sur la taille ou la vitesse de l’impacteur Th\u00e9ia.<\/em><\/p>\n

Pour ceux que \u00e7a amuse, voici un petit exercice : en appliquant la conservation du moment cin\u00e9tique, calculer la dur\u00e9e du jour terrestre au moment o\u00f9 la Lune s’est s\u00e9par\u00e9e de la Terre<\/strong>. Pour cela on va calculer la valeur actuelle du moment cin\u00e9tique, que l’on va prendre pour simplifier par rapport au centre de la Terre.<\/em><\/p>\n

La composante du moment cin\u00e9tique due \u00e0 la rotation de la Lune autour de la Terre est obtenu par la formule classique M.V.D o\u00f9 M est la masse de la Lune, V sa vitesse et D sa distance au centre de la Terre. La masse de la Lune est connue (7.3E22 kg), sa distance aussi (380 000 km). On connait sa p\u00e9riode de rotation (environ 28 jours), on peut donc en d\u00e9duire sa vitesse, qui est une valeur facile \u00e0 retenir : 1 kilom\u00e8tre par seconde<\/strong> ! On m\u00e9lange tout \u00e7a, on d\u00e9duit le moment cin\u00e9tique de la Lune : 2.6E34 kg.m^2.s^-1.<\/em><\/p>\n

Pour la Terre en rotation sur elle-m\u00eame, on a une formule qui donne le moment d’inertie d’une boule I = (2\/5)*M*R^2. Il suffit ensuite de multiplier ce moment d’inertie par la vitesse angulaire de rotation. On connait la masse et le rayon de la Terre, on trouve environ 7e33 pour le moment cin\u00e9tique.<\/em><\/p>\n

Donc le moment cin\u00e9tique total du syst\u00e8me Terre-Lune est environ 3.3e34, et seulement environ 1\/5 de cette valeur est due \u00e0 la rotation de la Terre sur elle-m\u00eame. Puisque le moment cin\u00e9tique se conserve, on en d\u00e9duit donc qu’au moment de la s\u00e9paration de la Lune, quand la Terre portait \u00e0 elle-seule l’ensemble du moment cin\u00e9tique, elle devait tourner 5 fois plus vite sur elle-m\u00eame : les jours ne faisaient \u00e0 l’\u00e9poque que 5 heures<\/strong> !<\/em><\/p>\n

Billets reli\u00e9s :<\/span><\/p>\n

Sur la forme de la Lune : Comment bien dessiner la Lune ?<\/a><\/p>\n

Sur un lieu possible d’accr\u00e9tion pour la Lune, les points de Lagrange : L’ast\u00e9ro\u00efde troyen de la Terre<\/a><\/p>\n

R\u00e9f\u00e9rences :<\/em><\/span><\/p>\n

[1] Matija \u0106uk and Sarah T. Stewart, Making the Moon from a Fast-Spinning Earth: A Giant Impact Followed by Resonant Despinning, Science 1225542 Published online 17 October 2012<\/em><\/p>\n

[2] Robin M. Canup, Forming a Moon with an Earth-Like Composition via a Giant Impact, Science 1226073 Published online 17 October 2012<\/em><\/p>\n

[3] Randal C. Paniello et al., Zinc isotopic evidence for the origin of the Moon, Nature 490, 376\u2013379 (2012)<\/em><\/p>\n

[4] Robin M. Canup & Erik Asphaug, Origin of the Moon in a giant impact near the end of the Earth’s formation, Nature 412, 708-712 (2001)<\/em><\/p>\n

[5] U. Wiechert et al., Oxygen Isotopes and the Moon-Forming Giant Impact, Science 294, 345 (2001)<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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