Les plus vieilles roches terrestres sont-elles sur la Lune ?

Alan Sheppard sur la Lune, lors de la mission Apollo 14. © Nasa
Un nouvel examen d’échantillons rapportés par la mission Apollo 14 en 1971 a permis de trouver ce qui pourrait bien être une météorite terrestre. Une première ! Vieille de plus de 4 milliards d’années, cette pierre serait alors l’une des plus anciennes roches terrestres connues, précieusement conservée par la Lune.

Le fragment est minuscule : 2 grammes. Mais son âge est immense : 4 milliards d’années, presque aussi vieux que la Terre ! Et son odyssée l’aurait amené sur la Lune avant de revenir sur son lieu d’origine, notre planète. Cette toute petite inclusion découverte dans une roche lunaire est précieuse. Même si son origine terrestre doit encore être confirmée, elle fait déjà rêver les géologues. La Lune pourrait ainsi nous aider à « imaginer l’enfance de la Terre », se réjouit Charles Frankel, de l’université de Stanford (Californie). Pour ce spécialiste de la géologie des planètes, l’histoire de ce qui semblerait être la toute première météorite terrestre « revenue dans sa mère patrie » est non seulement « mignonne », mais aussi riche d’enseignements. La voici donc, en ordre antéchronologique.

L’échantillon nouvellement examiné est extrait de cette roche, baptisée Big Bertha, récoltée par la mission Apollo 14, en février 1971.
Il s’agit d’une brèche, c’est-à-dire d’un conglomérat de roches différentes unies par un ciment naturel. © Nasa

Une équipe de chercheurs, associée au Centre pour la science et l’exploration lunaire (CLSE) de la Nasa, vient d’employer les plus récentes techniques d’analyse des minéraux sur un tout petit morceau des 43 kg de roches lunaires rapportés en 1971 par les astronautes d’Apollo 14. Leurs résultats, publiés le 24 janvier 2019 dans la revue Earth and Planetary Science Letters, révèlent que le fragment étudié contient essentiellement du quartz, du feldspath et quelques zircons, inhabituels sur la Lune. « En revanche, ils sont courants dans les liquides magmatiques riches en silice, comme les granites de nos continents », précise Brigitte Zanda, spécialiste des météorites au Muséum national d’histoire naturelle, qui a eu l’occasion de travailler avec les auteurs de cette étude sur la roche martienne Black Beauty.

Une roche presque aussi vieille que la Terre

L’uranium contenu dans les zircons a permis de déterminer leur âge : entre 4 et 4,1 milliards d’années. Leur nature chimique révèle que le magma dans lequel ils se sont formés était plus riche en oxygène et moins chaud que le magma lunaire de l’époque. Des caractéristiques qui ressemblent plutôt à celles du magma terrestre aux temps lointains de l’Hadéen, qui débute avec la naissance de la Terre à 4,568 milliards d’années et s’achève vers 4 milliards d’années.

De plus, si ces zircons s’étaient formés sur la Lune, ils l’auraient fait dans des conditions de pression que l’on ne trouve qu’à 160 km de profondeur (mais à 20 km sous la surface terrestre). Difficile alors d’imaginer comment ils auraient pu remonter à la surface pour être ramassés par Alan Shepard début février 1971. En effet, les cratères lunaires créés à cette période ne devaient pas excéder les 70 km de profondeur.

Ces divers éléments ont amené les chercheurs à formuler une hypothèse : la roche serait une météorite terrestre projetée sur la Lune, suite à l’impact d’un astéroïde sur notre planète il y a 4 milliards d’années, soit peu de temps après sa cristallisation. Les deux astres étaient alors trois fois plus proches qu’aujourd’hui. C’était aussi l’époque du Grand Bombardement tardif, où quantité d’astéroïdes ont été propulsés vers les planètes les plus proches du Soleil.

Ping-pong planétaire

« Les planètes jouaient au ping-pong par impacts interposés », résume Charles Frankel. Ces collisions célestes répétées leur ont permis d’échanger des roches. « Seul un astéroïde d’au moins 1 km de diamètre pouvait provoquer un choc assez puissant pour que les roches atteignent la vitesse de 11 km/s, condition pour qu’elles échappent à la gravité terrestre », précise-t-il. Le fragment en question — qui, au moment de l’impact, n’était peut-être déjà plus à 20 km sous terre, mais en surface grâce au jeu de la tectonique des plaques — aurait parcouru ainsi la centaine de milliers de kilomètres qui séparaient alors les deux astres.

Mais son aventure ne s’arrête pas là. Les scientifiques ont pu déterminer qu’une fois sur la Lune, le granite a subi de nouveaux impacts. Le premier date de 3,9 milliards d’années, quand s’est créée la mer des Pluies. La roche a alors fondu en partie et s’est retrouvée enfouie dans le sol. Puis, il y a 26 millions d’années, une seconde collision a percé la croûte lunaire sur une centaine de mètres en creusant le cratère Cone et a fait remonter la roche à la surface.

Trouvée par Shepard

Enfin, le 5 février 1971, Alan Shepard et Edgard Mitchell, l’équipage d’Apollo 14, débarquent dans le massif montagneux Fra Mauro, tout près du cratère Cone. Le lendemain, tout au bord du cratère (que les astronautes ne voient pas, à seulement 30 m de leur position), Alan Shepard repère la roche, la ramasse et l’emporte sur Terre.

Apollo 14 s’est posée près du cratère Cone, sur le massif Fra Mauro. Alan Shepard a ramassée une roche grosse
comme un ballon près de Saddle Rock, lors de sa seconde sortie sur la Lune. © Nasa
La roche ramassée par Alan Sheppard apparaît à gauche, entre les traces de la brouette lunaire. © Nasa

Une découverte cruciale, mais pas si surprenante

David Kring est le scientifique du CLSE qui a lancé aux découvreurs le défi de trouver un bout de Terre dans cette récolte lunaire. « Cela fait des décennies que je sais, comme d’autres chercheurs, que des morceaux de notre planète doivent se trouver sur la Lune, nous explique-t-il. Par conséquent, cette découverte – aussi importante soit-elle – n’est pas une surprise. Mais il est crucial de trouver de tels échantillons, car ils peuvent nous donner des clés sur la Terre des débuts. »

On a bien retrouvé, au Groenland, des roches datant de 4 milliards d’années et, en Australie, des zircons vieux de 4,4 milliards d’années. Mais ces témoignages des prémices sont extrêmement rares en raison des mouvements tectoniques des plaques (les plaques océaniques, composées de basalte, ne contiennent pas de zircons) qui les ont progressivement tous enfouis, et de l’érosion liée à l’atmosphère. Tout ce que la Lune n’a pas. Ainsi, les plus anciens vestiges de la Terre se trouveraient sur son satellite naturel, ce « musée des premiers jours du Système solaire », pose Charles Frankel.

« Il faut savoir raison garder, tempère Brigitte Zanda. Les auteurs de l’article sont prudents. Ils emploient l’expression “terrestrial-like”, “semblable à une roche terrestre”. Jamais ils n’affirment que c’en est une. Mais si c’est avéré un jour, on apprendrait alors dans quelle condition la croûte de la planète a cristallisé, quel liquide a fondu, quelle était la composition du manteau primitif, etc. Ce serait une nouvelle pierre à l’édifice de notre compréhension de la formation de notre planète. »

La promesse de nouvelles trouvailles

Il existe deux moyens pour le confirmer : retourner sur la Lune pour y jouer les orpailleurs — « Qu’il serait intéressant de trouver une météorite datant d’il y a 66 millions d’années, quand un astéroïde a provoqué la disparition des dinosaures ! » s’enthousiasme Charles Frankel — ou, de manière plus immédiate, reprendre l’examen, à l’aune des nouvelles technologies, des échantillons lunaires disséminés dans les laboratoires du monde entier. « C’est sûrement ce qui va se produire et mon équipe va continuer à y travailler », précise David Kring. « D’où l’importance de conserver ces échantillons rapportés par les missions Apollo, ajoute Brigitte Zanda. Ils font partie du patrimoine de l’humanité. »

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