Sur la Lune, le geyser actif était un volcan éteint

La structure Ina, sur la Lune, trichait sur son âge. © Nasa
Depuis 1971, une étonnante dépression en forme de D, découverte à la surface de la Lune, intrigue les astronomes. Jusqu’à récemment, ceux-ci pensaient qu’il s’agissait d’une zone d’où s’échappait du gaz piégé dans la croûte lunaire. En fait, il s’agirait de la caldeira d’un volcan assez ancien.

Avec Ina, les astronomes pensaient tenir une petite région de la Lune où il se passait des choses. Cette dépression de 2 km sur 3, située dans le lac de la Félicité, presque au centre de la face visible, semblait avoir tous les attributs d’une zone chahutée par de fréquentes émanations gazeuses.

Ne comportant que quelques petits cratères d’impact, elle était considérée comme très jeune : 10 à 50 millions d’années ! Il devait s’agir d’un lieu où la surface était sans cesse retournée, donc rajeunie, par une quelconque activité. En d’autres termes, s’il y avait une chance d’observer un jour quelque chose bouger sur la Lune, c’était bien là.

Le paradoxe des geysers lunaires

Le problème, c’est que toute activité volcanique sur la Lune a disparu depuis au moins un milliard d’années. Le satellite de la Terre s’est refroidi rapidement après sa formation, voici 4,5 milliards d’années. Par conséquent, il y avait une difficulté à trouver un mécanisme capable de renouveler la surface et qui soit toujours actif — quelques millions d’années, c’est considéré comme contemporain en géologie.

Même l’hypothèse de poches de gaz piégées dans les laves lunaires refroidies depuis longtemps, et se libérant brusquement à la faveur de petits « tremblements de Lune » induits par les forces de marées terrestres, se montrait peu satisfaisante. Difficile d’imaginer des « geysers » sur une Lune morte depuis longtemps. Mais c’était la seule explication.

Topographie du centre du lac de la Félicité. © DR

Une équipe menée par l’astronome Le Qiao, de l’Institut de science planétaire de l’université chinoise de géosciences, a étudié la région en détail et propose une autre théorie : Ina est la caldeira d’un volcan vieux de 3,5 milliards d’années. Si sa surface affiche peu de cratères d’impact et semble donc récente, c’est parce qu’elle est faite d’une sorte de « mousse » de lave très poreuse.

Le volcan Kilauea Iki. © USGS

Ce genre de lave existe sur Terre, à Hawaï : le volcan Kilauea Iki en a été rempli à la suite d’une éruption en 1959. Du gaz, mêlé aux roches fondues, crée de nombreuses cavités qui, quand un bolide tombe, amoindrissent les effets du choc. Ainsi, les cratères qui se créent n’ont que le tiers de la taille qu’ils auraient eu sur un sol lunaire classique.

Or, comme plus un terrain contient de gros cratères, plus il est ancien, Ina a été jusque-là considérée extrêmement jeune. Le Qiao précise : « Notre modèle concorde avec les expériences radar et les mesures géophysiques d’autres scientifiques. »

Un dôme similaire à un volcan

L’altimètre de la sonde américaine Lunar Reconnaissance Orbiter fournit un élément déterminant dans cette interprétation : Ina se trouve au sommet d’un dôme de 300 m de haut. Mais comme celui-ci a une base de près de 25 km de diamètre, la zone semble plate sur les photographies. Or, ce dôme ressemble à un volcan bouclier. Et ses flancs, criblés de cratères d’impact, donnent son âge sans mentir : 3,5 milliards d’années.

Au fond de la caldeira d’une cinquantaine de mètres de profondeur, on compte environ 80 petites collines ou rochers qui correspondent très bien à ce qu’une mousse de lave peut produire. Et c’est précisément sur les collines qu’il y a un déficit de cratères d’impact. « C’était une découverte réellement déconcertante, rappelle Jim Head, coauteur de l’étude, à Brown University (États-Unis). La plupart des gens s’accordent sur le fait que le volcan sur lequel se trouve Ina s’est formé il y a des milliards d’années. Cela signifie qu’il y aurait eu une pause de milliards d’années dans l’activité volcanique avant celle qui aurait formé Ina. Nous voulions voir s’il y aurait quelque chose dans la structure géologique d’Ina qui nous débarrasserait de notre estimation de son âge. »

Si elle est a priori plus récente que les monts Rümker (qui ont entre 3,5 et 3,7 milliards d’années), Ina est antérieure aux derniers dômes volcaniques actifs dans la région des collines de Marius (1 milliard d’années). Le Qiao précise : « Ina s’est formée pendant la phase majeure du volcanisme lunaire, c’est-à-dire il y a plus de 3 milliards d’années. Donc, elle n’est pas l’une des plus jeunes. »

Des jumeaux jusque sur Mercure ?

« Notre modèle de formation peut expliquer d’autres structures similaires », ajoute le scientifique chinois.  En effet, de petites zones d’aspect similaire ont été identifiées ailleurs sur la Lune, par exemple près des failles de Cauchy ou du cratère Maskelyne (mer de la Tranquillité) ou encore au fond de la rainure d’Hyginus.

Le modèle pourrait aussi « s’exporter » sur Mercure où de nombreuses zones ayant les mêmes caractéristiques ont été identifiées grâce à la sonde Messenger. Les astronomes les appellent les « hollows », ou creux. Et on les trouve le plus souvent au fond de cratères d’impact. « Ils sont en effet similaires et ce sont des sites très intéressants bien qu’ils présentent plusieurs différences entre eux, juge Le Qiao. Nous n’avons pas commencé à les étudier attentivement et en attendant, la communauté les interprète comme résultant de dégazages la plupart du temps engendrés par des impacts. »

Un site à explorer

La prochaine mission d’exploration de la surface de la Lune sera chinoise, avec la sonde Chang’e 5. Bien que son lancement initialement prévu fin 2017 ait été repoussé, elle doit aller collecter des échantillons dans une région volcanique assez jeune de l’océan des Tempêtes, près des monts Rümker. Ensuite, il faudra peut-être attendre le retour d’astronautes autour de la Lune. Si la station spatiale Deep Space Gateway voit le jour, Ina pourrait figurer parmi les sites à visiter en priorité, soit par un équipage humain, soit par un robot mobile. Son exploration in situ devrait permettre de vérifier la nouvelle théorie.

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