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La géologie de la Lune,

50 ans après Apollo 11

Pierre Thomas, ENS de Lyon/OSU Festival de Fleurance, août 2019

C'est en 1609 que commence

l'étude non purement astronomique de la Lune. Avant on

étudiait ses phases, ses

mouvements... En 1609, Galilée pointe sa lunette vers la Lune et malgré la "mauvaise qualité» de l'optique, il voit et dessine des

étendues plates et sombres, qu'il

appelle " mers » et d'autres montagneuses, claires qu'il appelle " terres» (continents) et avec des "dépressions» (les cratères).

L'étude géologique de la Lune vient

de commencer doucement !

Avec les progrès

des télescopes, on confirme, affine, précise . nos connaissances sur notre satellite.

C'est à partir de 1959

que l'étude géologique de la

Lune commença

vraiment avec l'exploration spatiale. Et quels progrès depuis les photos de la sonde soviétique

Luna 3qui a survolé

la face cachée !

La Terre et la Lune vues d'un simple

"coup d'oeil» par la mission Galileo

On va regarder plus de

100 photos "modernes»

de la Lune. Mais avant, laissez moi vous montrer des images

Terre et Lune

réunies, photos impensables en

1959 !

Ici la Terre

et la Lune vues le 16 décembre 1992 par la sonde Galileo en route vers Jupiter.

Des vues

inhabituelles de la Lune et de la Terre prises le 5 juillet 2016 par Deep Space

Climate

Observatory

situé sur le point de

Lagrange L1.

On va voir quelques aspects de la géologie lunaire : -Les cratères lunaires (à la fin si on a le temps) -Le volcanisme lunaire -La structure de la Lune -La tectonique sur la Lune -L'eau sur la Lune -L'origine de la Lune La Lune, "mers» (à droite) et "continents» (à gauche).

Le volcanisme lunaire

Ce qu'on

appelle les "mers» lunaires (qui ne sont pas liquides) : des grandes plaines.

Regardons

les en détail.

Les mers, de mornes plaines

Dans ces mers, on voit

des figures qui font irrésistiblement penser à d'anciennes coulées de lave. Une analogie terrestre, de bien plus petite taille, à

Hawaï...

Une analogie terrestre, de bien plus petite taille, à La

Réunion

Photo Pierre Thomas

http://lroc.sese.asu.edu/posts/393

Les cratères, ici

le cratère Euler ( Ø = 28 km, dans Mare

Imbrium),

forment des "coupes naturelles» dans les mers lunaires. Ces mers sont constituées... http://lroc.sese.asu.edu/posts/393 ... d'un empilement de multiples coulées de lave, qui mesurent entre 3 et 12 m d'épaisseur, empilement très

épais (plusieurs

km), comme on peut en voir en ... Islande, où chaque couche représente une ancienne coulée de basalte. Dans ces mers lunaires, on voit des vallées. Des vallées, mais il n'y a pas d'eau liquide sur la Lune ! Dans ces mers lunaires, on voit des vallées. Des vallées, mais il n'y a pas d'eau liquide sur la Lune ! Une analogie terrestre (plateau de la Snake River, Idaho, 44°15' 03'',

111°47' 05'') : un spermatozoïde géant ? Non, un tunnel

de lave effondré.

Longueur totale : 7 km

Largeur moyenne : 40 m

Ø cratère : 140 m

Voici ce qu'on appelle des "tunnels de lave», ici quasiment pas effondré, sauf au niveau de ce qu'on appelle une "lucarne».

Photo Pierre Thomas

Un grand tunnel de lave effondré (large comme une route). Si le tunnel s'effondre, cela donne ces espèces de vallées.

Voila comment se forment ces tunnels de lave

(effondrés).

Photo Pierre Thomas

Au bout de l'effondrement, l'entrée du tunnel.

Photo Pierre Thomas

On rentre dedans ! On y voit des stalactites de basalte.

Photo Pierre Thomas

Petits stalactites de basalte !

Un enchantement basaltique !

Le mieux connus de ces

sillons, le sillon Hadley (Hadley rille), près duquel s'est posé Apollo 15, au bord de Mare Imbrium(la mer des Pluies, ø = 1100 km).

De plus près et en vue oblique.

60 km

Longueur totale : 145 km

Largeur moyenne : 1,3 km

Il y a des fragment du sillon Hadley où il n'y a pas eu d'effondrement. Il doit y rester des grottes (intéressant pour les futures stations). http://www.lroc.asu.edu/news/index .php?/archives/474-Hadley-Rille-and- the-Mountains-of-the-Moon.html

Le site d'atterrissage d'Apollo

15 près du "sillon Hadley»,

et les trajets de la jeep lunaire Dave Scott et la jeep lunaire devant le sillon Hadley. dans http://www.asod.info/?paged=1783

Rochers

photogra- phiéset

échantil-

lonnésen

1971 par les

astronautes d'Apollo 15.

On y ramasse du... basalte,

qui date de 3,3 Ga.

Notez les

anciennes bulles de gaz.

Du gaz dans

l'intérieur de la Lune !!!! http://lroc.sese.asu.edu/posts/202Regardons un détail de cet autre secteur, dans l'Océan des Tempêtes. Un petit "trou» ! http://lroc.sese.asu.edu/posts/202

Il s'agit d'un "pit

crater» ( Ø = 65 m) , cratère d'effondrement classique sur les coulées de lave terrestres, révélant l'existence de tunnels de lave quasiment non effondrés.

Intéressant pour

de futures bases !

La même chose sur Terre, ici aux Canaries.

Photo Campo-Paysaa

En plus des coulées et des grandes plaines de lave fluide, il y a d'autres volcans, plus atypiques, par exemple les Collines de Marius dans l'Océan des Tempêtes. Ce sont des dômes, car issus de lave très siliceuse. hdtv_027.html

Pour comparer, des

dômes volcaniques faits de lave siliceuse visqueuse, éteint en

Californie... et actif en

Indonésie

Il y a donc, parfois,

évolution du

magma primaire basaltique vers des laves dites différenciées. Et ici et là, on trouve des taches sombres (ou parfois claires) associées à des failles, qui ressemblent à des dépôts de cendres projetées par des gaz. Mais quels gaz ? Sur le site d'Apollo 17, ces dépôts sont associés à des sphères vitreuses (oranges), classiques de dépôts http://fti.neep.wisc.edu/neep602/lecture12.html__0,1 mm Les fameux dépôts sombres oranges d'Apollo 17 : des sphérules vitreuses de pyroclastiques. Ces dépôts pyroclastiques sont, volumétriquement, peu abondants (ils ne forment pas d'édifice) mais présents un peu partout. Quel(s) gaz les propulsent ?

En cherchant bien, on trouve moins

d'une dizaine de cônes de cendre. Voici trois autres cônes de cendres, partiellement recouverts par les basaltes des mers. Une analogie terrestre dans son contexte géologique

Photo Pierre Thomas

De "petits» cônes pyroclastiques, type cône strombolien, presque entièrement recouverts par les laves du Piton de la Fournaise. De "petits» cônes pyroclastiques, type cône strombolien, ça signifie des explosions ou des jaillissements même modérés, donc un gaz propulseur, peut-être H2O ou CO2. Yavait-il encore un peu d'eau dans l'intérieur de la Lune en ces temps reculés ?

Quel est l'âge de ce

volcanisme des mers lunaires ? Elles remplissent souvent d'anciens très grands cratères d'impact (les bassins). Et souvent le volcanisme est présenté comme conséquence directe de l'impact. C'est une erreur ! Regardons Mare

Imbrium(la mer des Pluies).

MI MS MT MC MF MH G

Regardons Mare

Imbrium(la mer

des Pluies), grande plaine de lave qui remplit le bassin

Imbrium,

gigantesque bassin d'impact de 1100 km de diamètre.

Regardons Mare

Imbrium(la mer

des Pluies), grande plaine de lave qui remplit le bassin

Imbrium,

gigantesque bassin d'impact de 1100 km de diamètre.

Regardons le cratère

Archimède dans Mare

Imbrium. Il y a un grand

espace de temps entre les impact d'Archimède (et de

Sinus Iridium, de Cassini, de

Platoet d'autres) avec celui

d'Imbrium(on ne fait pas 4 grands cratères en 5 min). S I A P C

Étape 1 : l'impact géant d'Imbrium

(les éjectas ne sont pas dessinés)

Étape 1 : l'impact géant d'Imbrium

Étape 2-3-4-5 : impacts de Sinus

Iridium

Étape 1 : l'impact géant d'Imbrium

Étapes 2-3-4-5 : impacts de Sinus

Iridium, Plato

Étape 1 : l'impact géant d'Imbrium

Étape 2-3-4-5 : impacts de Sinus

Iridium, Plato, Cassini

Étape 1 : l'impact géant d'Imbrium

Étapes 2-3-4-5 : impacts de Sinus

Iridium, Plato, Cassini et Archimède

Étape 1 : l'impact géant d'Imbrium

Étapes 2-3-4-5 : impacts de Sinus

Iridium, Plato, Cassini et Archimède

Étape 6 : volcanisme des mers

lunaires qui remplit-recouvre les 4 cratères SI, P, C et A. Entre les étapes

1 et 6, il a fallut du temps, assez de

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