Structure interne Gravimétrie La gravimétrie est étudiée à partir des

Structure interne
Gravimétrie
La gravimétrie est étudiée à partir des trajectoires d'engins en orbite autour de la
lune.
On constate en effet que ces trajectoires sont elliptiques ce qui montre que les
divers points de la surface lunaire sont proches de l'équilibre isostatique.
On remarque pourtant que par endroits, il y a des écartements par rapport à
l'ellipse théorique, on répertorie ainsi neuf anomalies gravimétriques de 200mgals
et 26 de plus de 30mgals. Ces derniers éléments confirment la présence de masse
plus denses en profondeurs, ces masses sont appelés masquons.
Celles situés sur la face visible de la lune sont associés à des dépressions
circulaires dont la surface basaltique date de 3000 à 3900 millions d'années.
Ce dernier fait pose deux problèmes:
1- sur la terre les anomalies de masse sont expliqués par le phénomène de l'érosion
et du transport latéral de ces produits.
Sur la lune les anomalies positives de masse sont localisés dans les régions de
plissements récents(65 à 0Ma), or le mécanisme d'érosion- transport n'existe pas
sur la lune on ne peut donc pas expliquer la présence de ces anomalies de masse.
2- ces anomalies de masse présentes depuis trois millions d'années obligent à
considérer que les masses sont maintenues par une force élastique (force qui laisse
des objets ou des corps reprendre leur forme première après avoir été déformés), ce
qui implique une grande rigidité du matériel due entre autres à la grande épaisseur
de la croûte anhydre et une absence des courants de compensation profonds.
sismologie
Les sismographes installés à la surface de la lune ont montrés que celle ci
dégageait chaque année, de par ses séismes, une énergie d’environ 10 millions de
joules soit cent milliards fois moins que les séismes terrestres.
De plus, on a calculé que les foyers sismiques étaient localisés entre 700 et 1100
km de profondeur.
On constate également que le nombre de séismes atteint son maximum quand la
lune est à son périgée, et son minimum lorsqu'elle est à son apogée.
Cette similitude montre une forte influence des marées solides provoquées par la
terre sur la lune
La contrainte est maximale vers 680 km de profondeur et est estimée a 0.6 bar
La lune est donc très stable et on n’assiste pas à des convections manteliques
importantes
On constate que la vitesse des ondes sismiques de type P augmente avec la
profondeur c’est donc que la densité des matériaux augmentent.
Le comportement des ondes sismiques de type S qui ne traversent pas les liquides
montre que entre 750 et 1000km de profondeur, les matériaux sont en fusion. Cette
dernière observation et confirmée par le fait que les ondes P sont ralenties.
Deux changements de vitesse brutaux et importants indiquent un changement de
composition des matériaux traversés 2565 km de profondeur.
L’utilisation des méthodes de forage a permis de définir la composition de la
croûte. De 1 à 25km,une couche basaltique repose sur une couche d’anorthosite
atteignant 65km de profondeur sur la face visible et 100km sur la face cachée. On
constate également que la couche basaltique est très superficielle sous les maria et
donc que la croûte est essentiellement composée d’anorthosite.
Sous les terrae, la couche basaltique atteint 25 km de profondeur et la couche
d’anorthosite, 100 km de profondeur.
Toutes ces données montrent donc que la lune possède une lithosphère de
1100 km de profondeur, les 100 premiers composant la croûte et les 1000 autre, le
manteau - composé essentiellement d’olivine et de pyroxène.
Les ondes
Sur la lune, l'on n'observe que deux types d'ondes, les ondes p et s.
Les ondes P ou premières sont les plus rapides (environ 6km.s-1). Elles se
propagent dans les liquides et dans les solides mais sont toutefois moins rapides
dans les liquides. Elles ont un mouvement de compression / décompression.
Les ondes S ou secondes son plus lentes (environ 3km.s-1) mais plus destructrices
du fait de leur mouvement particulier de cisaillement de la matière
perpendiculairement à leur propagation. Elles ne se propagent que dans les solides.
Ainsi, puisque la vitesse de propagation des ondes sismiques dépend des propriétés
physico-chimiques des milieux qu'elles traversent, leur étude permet donc
d'appréhender la structure interne de la lune.
Par exemple, les ondes sismiques changent de trajectoire lorsqu'elles passent d'un
milieu à un autre du fait du changement de densité, ce même facteur les fait
accélérer ou ralentir.
Les ondes S disparaissent lorsque le milieu devient liquide.
Ces différents éléments permettent donc d'établir un schéma montrant les
différentes couches concentriques qui constituent le globe lunaire.chaleur interne
Le flux de chaleur interne de la lune est de 6,7.10-6w.cm-2, ce qui est deux fois
plus important que pour lune homogène ayant la composition d’une chondrite
(météorite pierreuse riche en olivine).
Bien que ce ne soit pas sur, les scientifiques pensent qu’il pourrait y avoir une forte
concentration d’éléments radioactifs prés de la surface. Cette éventuelle
concentration proviendrait d'une ségrégation très ancienne puis du lent
échauffement qui a fait fondre la matière destinée à devenir les basaltes des maria.
ROCHES
Peu de roches affleurent à la surface de la lune. En effet, une couche de poussière
atteignant jusqu'à 20m appelée régosol ou régolite recouvre 99 % de la surface
lunaire.
Cette couche de poussière est composée de particules fines.
Ces poussières ont une densité faibles et une compacité également très faible en
surface qui augmente en profondeur, les particules étant de plus en plus cimentées.
Le régosol est aussi quasi isotherme : aucune fluctuation thermique n’est plus
enregistrée au delà d’un mètre.
Cette couche de poussière provient de collisions de météorites et astéroïdes avec la
lune. En s’écrasant sur la surface de celle-ci, les météorites rompent les roches ou
le régolite, la chaleur dégagée par l’impact fait fondre les débris et les recimente.
La roche ainsi obtenue est appelée brèche.
On a calculé que les météorites et les astéroïdes apportent environ 1mm de métaux
(nickel et platine) par millions d’années, ce qui fait environ 5m depuis la formation
de la lune.
Les particules ionisées et les poussières transportées par le vent solaire contribuent
également à augmenter l’épaisseur du régolite.
En profondeur
Grâces aux impacts météoriques, les roches de profondeurs ont été ramenés en
surface et ont pu ainsi être collectés par les astronautes.
Ces matériaux se présentent sous forme de débris de roches recimentés ou de
brèches parfois recimentés par échauffement du à la collision.
Ces débris de roches lunaires sont constitués de pyroxénites ou de dunites
caractérisés par la présence de minéraux silicatés denses (>3.5g.cm3) comme les
pyroxènes ou les olivines.
Le noyau
Les scientifiques n’ont par contre aucune certitude quant à la composition du
noyau. Ils hésitent entre deux hypothèses :
_Si celui-ci est composé de fer, on aurait alors une asthénosphère d’olivine et de
pyroxène comprise entre 1100 et 1400 km de profondeur.
_Si le noyau est composé de sulfure de fer, on n'aurait alors pas d’asthénosphère
mais un noyau de 700 km de rayon.
HOIMZVEJHOIAZ
Le basalte
Le basalte est une roche microlitique, ce qui est du à un refroidissement en
plusieurs étapes: les phénocristaux sont formés lors d'un refroidissement lent du
magma alors que les microlites traduisent une accélération des conditions de
refroidissement. Le verre amorphe est du à un refroidissement brutal du magma à
son arrivée en surface. Il n'y a pas cristallisation et les matériaux sont figés en
verre. On observe en microscopie des cristaux de tailles très inégales noyés dans
une pâte non cristallisée que l’on appelle verre amorphe. Certains cristaux sont de
grandes tailles (phénocristaux) et d'autres très petits forment des baguettes
(microlites).
Le basalte est moins riche en silice que le granite (environ 50%). Les
phénocristaux sont surtout des pyroxènes et des péridots. Ces deux minéraux sont
des silicates souvent riches en fer et en magnésium.
Les microlites sont des baguettes de plagioclases.
Le basalte est surtout présent dans les maria.
L'anorthosite
L'anorthosite est une roche grenue , c'est à dire une roche entièrement cristallisée,
ce qui montre qu'elle s'est solidifiée en profondeur. Elle présente de nombreux
minéraux visibles à l'œil nu.
Elle est surtout présente sur les terrae dont elle constitue 99% de la masse- le reste
des terrae étant constitué de roches grenues du même type que l'anorthosite comme
le gabbro anorthosique et la troctolite. Elle couvre plus de 5¨% de la surface de la
lune.
L'atmosphère
La masse de lune étant très faible (7,35.10^22kg), le phénomène de gravité y est
très faible également, trop faible en tout cas pour pouvoir retenir une atmosphère
stable.
En effet du fait de la température régnant sur la surface de la lune exposée au soleil
(environ égale à 130°c ), les éléments volatiles ont une agitation moléculaire
dépassant la vitesse de libération de la lune d'environ 2,4 km.s-1.
C'est à dire la vitesse que le corps doit atteindre pour ne plus subir l’influence
gravitationnelle de la lune et donc ne pas rester en orbite autour de celle-ci.
Etant donné que la vitesse d'agitation thermique, c'est à dire, la vitesse à laquelle
les molécules se meuvent dans l'atmosphère et qui dépend de la température, est
une valeur moyenne et que de nombreuses particules ont une vitesse largement
supérieure, la lune a perdu son atmosphère ou plutôt la majeure partie de son
atmosphère.
En effet, on retrouve encore des traces de vapeurs de sodium et de potassium à la
surface lunaire.
L'atmosphère actuelle de la lune s'étend en une longue queue dirigée vers le soleil
jusqu'à 7000 km de sa surface du côté éclairé.
Par contre, du côté obscur, on observe que si l'atmosphère lunaire est moins dense,
elle s'étend jusqu'à 21000 km d'altitude.
On observe cependant que la densité d l'atmosphère lunaire ne dépasse pas
quelques dizaines d'atomes par cm3, ce qui est très faible comparé à la densité de
l'atmosphère terrestre qui est de quelques dizaines de milliards d'atomes par cm3.
Le volcanisme
Le volcanisme lunaire est aujourd'hui très faible si pas absent, la plupart des
événements se sont donc manifestés par le passé.
On retrouve en effet les traces d'éjections de magma sur la surface lunaire dans les
flots sombres ayant submergés les mers.
Le magma devait être peu visqueux, ce qui lui aurait permis de parcourir de
grandes étendues avant de se solidifier.
On retrouve aussi des dômes ressemblant aux Caldeiras terrestres (vastes
dépressions de forme circulaire, formée par l’effondrement de la partie centrale
d’un appareil volcanique), comme ceux de Mauna Loa à Hawaii.
Toutefois, si certains de ces dômes auraient été formés suite à l'infiltration de
magma sous la surface lunaire, d'autres seraient en réalité des cônes de cendre
formés par des matériaux éjectés de cheminées volcaniques.
Certaines crêtes pourraient avoir été formées par l'extension de magma le long des
fissures bien que l'explication tectonique de compression des plaques soit plus
généralement admise.
Le volcanisme serait aussi à l'origine de la formation des cratères au sommet de
certains dômes. On retrouve en effet des cratères trous sans rebords, des chaînes de
cratères, et des dépressions irrégulières sans doute dues à l'effondrement des
réservoirs ou des tunnels de lave.
Le champs magnétique
Le champs magnétique lunaire varie entre 5 et 300 nanoteslas mais son intensité et
sa direction varie considérablement.
On pense que ce champ serait produit par des couches rocheuses contenant 4% de
fer natif et étant situées au dessus de 400km de profondeur (au delà de cette limite
la température atteint 800 °c et l'aimantation du fer ne peut plus être enregistrée).
On observe cependant que certains échantillons datées de plus de 3000 Ma
ramenés sur terre présente une aimantation beaucoup plus élevée ce qui indiquerait
que lors de leur solidification, un champ supérieur à 3000 Teslas existait.
Tectonisme
Contrairement à la terre, la lune ne présente pas de plaques continentales. Les
mouvement tectoniques de la lune ne peuvent donc réellement être comparés à
ceux de la terre.
Sur la lune, des parties de surface ont été déplacés, l’écorce de la lune a été
déformée verticalement, horizontalement et parfois dans les deux sens suite à de
gros impacts ou par l’effet des marées terrestres.
Ce dernier effet ayant été très marqué lorsque la terre et son satellite étaient plus
proches ( la lune s’éloignant de la terre à raison d’un mètre par siècle ).
De plus, ce passé tectonique pourrait expliquer la forme polygonale de nombreux
cratères, le soulèvement du sol aurait donné naissance aux pics centraux de
certains cratères.
Les remontées de magma, les intrusions et extrusions de magma ainsi que la
contraction de l’écorce lors du refroidissement de celui-ci, étudié dans le
volcanisme lunaire, seraient dues à d’autres phénomènes.
Ces traces sont souvent visibles prés ou à l’intérieur des mers lunaires.
Les crêtes quant à elles, trouveraient leurs origines dans la compression tectonique.
Par contre, l’extension des crêtes aurait créé les escarpements et les quabons, ces
derniers ayant formés les escarpements lunaires ( vallée des alpes…).
L’érosion
Comme les mouvements tectoniques, l’érosion ne peut pas être comparé à celle
ayant lieu sur la terre. Sur la lune en effet, elle ne serait pas dues à une activité
atmosphérique mais à un bombardement micrométéoritique, c’est à dire à un
bombardement de minuscules météorites.
Mais l’érosion sur la lune n’était vraiment dense qu’il y a plusieurs milliers
d’années.
Actuellement, elle opère toujours mais très lentement.
Toutefois, ce processus serait à l’origine des vallées que l’on trouve en bordure des
mers, ainsi que des failles sinueuses.
Les cratères ou maria
L’observation télescopique de la lune met en évidence la présence de millions de
cratères qui en constellent la surface.
Leur diamètre varie entre 900 km ( la mer orientale ) jusqu’à des valeurs
microscopiques et ils peuvent être classés en deux catégories suivant qu’ils sont
d’origine volcaniques ou d’origine météoritique.
Les sondes spatiales ont mis en évidence le fait que toute la surface de la lune
aurait subit des impacts de météorites, les plus récents se superposant sur les parois
des plus anciens, des pics isolés apparaissent ainsi quelquefois à l’intérieur de
certains cratères mais il ne faut pas croire que tous les pics isolés sont d’origine
météoritiques, ils peuvent en effet parfois provenir de coulés de laves se
superposant ou encore des deux phénomènes à la fois.
Il n’en demeure pas moins que distinguer les cratères d’origine volcanique et
météoritique reste très difficile.
Les mers
Les mers sont les régions de la lune les plus récentes. Ce sont ces larges étendues
sombres visibles à l'œil nu, provenant du volcanisme lunaire (solidification des
laves). Les mers sont constitués de basalte.
L'étude des trajectoires des engins en orbite autour de la lune a montré que
l'attraction de la lune était plus forte au niveau des mers.
On pense donc qu'il y a sous les mers des roches très denses que l'on appelle
masquons et qui pourrait trouver leur origine dans la formation volcanique des
mers.
Cependant, ces perturbations ne se produisent pas au niveau de la mer de la
tranquillité et de l'océan des tempêtes.
Les continents (ou terrae)
Ce sont les plus anciennes régions de la Lune (environ 3,5 milliards d’années). Ils
sont formés de roches provenant du refroidissement de la surface, après la phase de
fusion. Ils sont caractérisés par la présence de pics isolés ou de grandes chaînes
montagneuses portant des noms analogues à celles de la Terre : Alpes, Apennins,
Caucase, etc…qui peuvent atteindre des altitudes considérables (jusqu’à 7500m).