L'eau de la Lune et de la Terre viendrait

des astéroïdes

Une impression d’artiste de l’océan de magma lunaire quelque temps après la formation de notre satellite. La durée de vie de cet océan de magma correspond à la période durant laquelle des astéroïdes riches en eau ont pu délivrer de l’eau à l’intérieur de la Lune. © Insu, CNRS, Nasa/GSFC

L’eau est à la source de la vie sur Terre et c’est sans doute pourquoi, dans notre quête de nos origines et pour savoir comment l’univers est passé du Big Bang au vivant, nous cherchons d’où provient celle de nos océans. Nous l'avons cherchée dans les échantillons de roches lunaires rapportées par le programme Apollo, dans les météorites tombées sur Terre et dont certaines proviennent de la ceinture d’astéroïdes et enfin dans la comète Tchouri examinée par Rosetta.

Une véritable cosmochimie s’est développée en parallèle de la géochimie afin de nourrir des modèles cosmogoniques de la naissance de la Terre et finalement du Système solaire. Malheureusement, sur notre Planète, les archives géologiques lointaines ont été largement détruites ou, pour le moins, leurs messages considérablement brouillés. Les plus vieilles roches terrestres découvertes rescapées des mouvements de la tectonique des plaques ont environ 4 milliards d’années, alors que la Terre est née il y a 4,56 milliards d’années environ. Au final, un débat fait rage pour savoir si l’eau sur Terre provient d’un dégazage volcanique de son manteau pendant l’Hadéen, des comètes ou du bombardement des micrométéorites par exemple.

Ce schéma résume les diverses sources d'eau apportée à la Lune lorsqu’elle était encore partiellement fondue (régions rouges-orange) et que sa croûte primordiale se formait (régions grises-blanches à la surface). L'analyse des échantillons lunaires suggère que des astéroïdes similaires aux météorites carbonées riches en eau de type CI, CM et CO ont pu être les principaux pourvoyeurs d’eau. Les météorites carbonées de type CI et CM contiennent 10 à 20 % d’eau. Les comètes contiennent bien plus d’eau, peut-être jusqu’à 50 % en masse, mais elles auraient contribué pour moins de 20 % à la réserve d’eau lunaire. © Insu, CNRS, LPI, David A. Kring

La Lune a acquis son eau au cours de ses 200 premiers

millions d'années

Ces dernières années, les travaux des chercheurs ont suggéré que l’eau de la Terre et de la Luneétaient de la même origine. Comme les archives lunaires sont mieux conservées que celles de la Terre, une équipe internationale, comprenant de chercheurs de l’Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie (CNRS, UPMC, IRD) et du Muséum national d’histoire naturelle, les a étudiées de plus près. Les cosmochimistes exposent dans un article de Nature Communicationsune vision plus précise des diverses sources de l’eau de la Lune, et donc, probablement, de celle de la Terre.

La leçon principale qu’ils en ont tirée, qui n’est pas vraiment nouvelle, est que la majeure partie de l’eau lunaire, et donc probablement aussi de la Terre, provient des astéroïdes riches en eau et pas des comètes. Cette conclusion découle des analyses comparées des abondances des isotopesd’hydrogène et d’azote, plus exactement des rapports D/H et ¹⁵N/¹⁴N mesurés dans les échantillons lunaires, dans les météorites de type chondrites carbonées provenant des astéroïdes et dans des matériaux cométaires.

Le rapport ¹⁵N/¹⁴N dans les comètes apparaît bien plus élevé que dans la majorité des chondrites carbonées et que le rapport D/H dans la majorité des comètes est de 2 à 3 fois plus élevé que celui de l’eau des océans sur Terre. Ces valeurs conduisent à la conclusion que les comètes n’ont pas fourni plus de 20 % environ de l’eau de la Lune.

Une autre conclusion est que l’essentiel du stock d’eau de la Lune s’est constitué alors que l’océan magmatique de notre satellite était en cours de refroidissement. Cette hypothèse est nécessaire pour expliquer les abondances des échantillons lunaires prélevés à différents endroits car les mouvements de convection dans cet océan ont homogénéisé cette réserve d'eau. Comme les modèles de la formation de la Lune impliquent que cet océan magmatique était en place entre 10 et 200 millions d’années après la naissance de la Lune, cela implique qu’elle a acquis son eau pendant cette période.

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L’origine de la Lune est entourée de mystère. Séparation à partir d’une autre planète, création simultanée avec le Système solaire ou encore collision avec la Terre, plusieurs hypothèses quant à sa formation ont été avancées au cours du temps. Discovery Science s’est penché sur la question au cours de cet épisode des Clés de l'univers.