[PDF] PIERRES LUNAIRES ET PHYSIQUE NUCLEAIRE

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" PIERRES LUNAIRES " ET PHYSIQUE NUCLEAIRE

R. Bernas

Centre de Spectromktrie Nuclkaire et de

Spectrometric de Masse du C. N. R. S. - Orsay.

L'arrivke en juillet 1969 des vingt kilo-

grammes d' kchantillons du sol lunair e rapportks par l'kquipage dlApollo 11 a sans aucun doute marquk le dkbut d'une nouvelle ktape importante dans le progrks de notre connaissance du systkme solaire.

Jusqu1ici,les deux seules sources de

matikre extra-terrestre dont nous disposions ktaient les mktkorites et les rayons cosmiques.

L'accks, maintenant envisageable B relative-

ment brbve kchkance,'a diffkrentes planktes du systkme solaire va nous apporter une foule de renseignements qui nous permettront de beau- coup mieux comprendre le mode de formation du systkme solaire et son kvolution depuis l'origine.

Dkjb la moisson de renseignements trks

varies apportks par trois mois dstude de frag- ments du sol lunaire a suscitk une intense cu- riositk parmi de trks nombreux scientifiques et non scientifiques et, ce qui est kminemmenx sou- haitable B ce stade des recherches, posk plus de questions qu'apportk de rkponses.

I1 est sans aucun doute des problkmes

plus vastes que llexploration et la comprkhension de la lune et, bien prks de nous, des problkmes plus urgents ; mais ce qui est particuli'erement attirant dans ce type de travail c'est que d'une certaine fason on se trouve en prksence d'un ohjet encore rkcemment inaccessible dont nous ne savions rien et dont on est certain qu'il nous permettra de mieux comprendre l'kvolution de notre systkme solaire. Tout ce que nous en apprenons nous rkjouit msme si ces faits nou- veaux sont aussi simples que l'ktonnante cohk- sion de la fine poussi&re lunaire parfaitement dkgazke ou l'abondance inattendue de sphkrules de verre transparentes et superbement colorkes. Des diffkrenciations chimiques s'opkrant dans les conditions de llenvironnement lunaire ont donnk naissance en quantitks knormes b des mink- raux encore jamais vus sur la terre ou mdme dans les mktkorites, (pour certains & peine entrevus lors de synth'eses en laboratoire). I1 y a dans ce domaine en particulier une masse considkrable B dkfricher et ceci est vrai kgalement pour les chi- mistes qui auront b expliquer l'origine des diffk- rences de composition des roches lunaires et terrestres.

Seuls les organiciens sont

dkqus car, malgrk des techniques extrdmement sensibles, il n'a kt6 mis en kvidence aucun composk organique.

Par ailleurs s'il

n'y a eu que trks peu de physiciens nuclkaires engages dans les recherches sur les kchantillons lunaires (les monopoles de

Dirac activement recherchks par

l'kquipe d'Alvarez et Eberhardt ne se sont pas manifestks) la physique nuclkaire, elle, a permis d'apporter un grand nombre de renseignements, depuis la durke du skjour des roches et de la poussikre en surface, ou la dktermination de la vitesse avec laquelle les couches du sol lunaire sont progres- sivement enterrkes par un processus encore inconnu, jusqu'au problkme de base que constitue la dktermination de l'sge de la lune. C'est sur ce dernier sujet,ainsi que sur l'ktude du vent solaire et des rayons cosmiques ainsi que leurs inter- actions avec le sol lunaire,que je voudrais m'k- tendre un peu plus longuemeni maintenant. Je tiens

2 prkciser tout de suite deux points :

D'une part ai-je besoin de le prkciser ? je ne me

prksente devant vous ni comme un spkcialiste de la lune ni comme un astrophysicien et lorsque je vous donnerai plus tard un apersu des raisons qui motivent notre intkrst sur ce sujet, ce ne sera pas

B ces titres. Article published online by

D'autre part,ce que je vous rapporte provient

essentiellement des comptes rendus prksentks B la confkrence de Houston qui slest tenue en janvier dernier, et qui concluait une pkriode d'ktude in- tense mais courte (elle n'a durk que 3 mois) des premiers kchantillons lunaires rapportks par

Apollo 11.

[ 11

Aussi est-il indispensable de bien garder

prksent

B l'esprit le caractkre prkliminaire de

ces rksultats, et par ailleurs de ne pas se laisser aller trop facilement B conclure que ce qui est valable pour la petite zone de la mer de la Tran- quillitk oh s'est pose' le L. M. peut dtre ktendu 21 la surface lunaire toute entikre.

Les premiers rksultats de

llktude du site

Apollo 12 sont

dkjB 15 pour le confirmer. [2]

Ceci dit, jlaborderai maintenant le

probl'eme des Lges.

Trois questions

assez fondamentales se posaient dans ce domaine - la lune est-elle plus ancienne que la terre ? - peut-on mettre en kvidence des signes dlun volcanisme lunaire ? - peut-on envisager que la lune ait pu se dktacher de la terre

A ces questions,des klkments de rkponse

ont pu

Stre apportks qui se basent sur llemploi de

mkthodes de datation faisant intervenir la radio- activitk.

Bien que ces mkthodes soient connues

j'en rappalleraibri'evement le principe et prendrai comrne exemple la mkthode Rb/Sr.

Le 87~b radioactif se transforme en 87~r

10 avec une pkriode de 4,7.10 ans. Si, donc, l'on connalt dans un Cchantillon minkralogique dkter- mink la quantitk de 87~b prksente, et si l'on suppose absent tout strontium naturel, la quan- tit6 de 87~r prksente permet de determiner la En rkalitk les minkraux contenant du Rb contiennent tous kgalement du strontium naturel

8 6 et

c'est donc la quantitk relative 87~r/ Sr qui est significative.

L1lge est alors de'termink par :

le strontium-86 n'ktant pas radiogknique permet de dkduire la contribution du strontium naturel prksent.

Ainsi, par spectromktrie de masse, on

effectue deux mesures

1 - Une de'termination prkcise, par dilution iso-

topique, de la quantitk de Rb et de Sr prk- sente dans l'kchantillon.

2 - Une dktermination prkcise du rapport

86

87~r/ Sr du mineral ktudik.

Toutefois la relation (1) comporte deux

inconnues : le temps d'une part, et le rapport (87~r/86Sr)o au moment de la solidification de la roche.

Ceci conduit donc B ~klectionner~dans une

roche donnke (qui ne l'oublions pas est un corps trks hktkrog'ene contenant des minkraux divers), plusieurs e'chantillons minkralogiques diffkrents et

B porter les rksultats des 2 analyses mention-

nkes plus haut sur un diagramme tel que celui reprksentk sur le ler cliche qui se rapporte B une mktgorite (weekeroo Station). durke qui s'est kcoulke depuis que cet kchan- A des concentrations en Rb diffkrentes, tillon est devenu un systkme fermk pour ce pro- correspondent des valeurs diffkrentes du rapport cessus particulier.

Crest prkcisgment cette 87 86

Sr/

Sr et, dlaprks la relation (I), ces points

durke que l'on est convenu d'appeler " Zge ". On doivent dkfinir une droite dont la pente permet de dktermine ainsi la date de la dernikre solidifi- dkduire I'Sge t et l'ordonnke B l'origine, la cation de la roche. 86
valeur du rapport (87~r/ Sr), .

BERN AS

Nous aurons l'occasion de revenir plus

tard sur l'importance du r6le de ce rapport.

Sans entrer dans autant de

dktails,je rap- pelleraf, que deux autres me'thodes au moins peuvent

Stre utiliskes pour ces datations : [3]

La mkthode 238~/206~b et 235~/2071?b et la

40 mkthode

40~/ A ; elles ont toutes ktk employkes

pour l'ktude des roches lunaires. Toutefois, la derni'ere implique que de l'argon-40 soit retenu pendant des durkes considkrables dans des roches et elle conduit souvent B des valeurs dlIges qui sont en fait des limites infkrieures.

Dans l'ensemble, il faut dire que les

rk- sultats obtenus par des mkthodes diffkrentes sur des fragments diffkrents des mSmes roches (ou poussi'ere) par 10 kquipes differentes sont en remarquablement bon accord entre elles, seule la precision varie d'un groupe h l'autre. Par contre,les rksultats eux-msmes qui sont donc significatifs sont tr'es surprenants.

On pouvait subdiviser en 2 types les

kchantillons lunaires disponibles : les roches cristallines d'une part, et lea verres,les br'eches et la poussi'ere, d'autre part.

Or la surprise rksulte de ce que

l'Sge dk- 9 termink pour les roches est de 3,6.10 ans alors que la poussikre, globalement, a un dge de 9

4, 5.10 ans. On se serait attendu h ce que la

poussi'ere ait,au plus,le mSme Pge que les roches sous-jacentes.

A cette surprise aucune rkponse n'a

encore kt6 dkfinitivement apportke mais on notera en se rkfkrant au travail de Wasserburg et al. [4] que ce ntest nullement la prkcision des mesures qui est en cause puisque llSge des roches, en par- ticulier, est connu h mieux que 50 millions d'annkes pr'es.

De plus on aboutit aux mSmes valeurs par

la mkthode u/P~.

Deux hypoth'eses ont kt6 formul6es pour

tenter d'expliquer ces rksultats

La premi'ere fait appel au volcanisme : pour cer-

tains, les roches de la mer de la Tranquillitk proviendraient d'kcoulements de lave h partir de volcans, ceux-ci ktant formks de roches nettement 9 plus anciennes (4,5.10 ans). Ce volcanisme 9 aurait eu lieu il y a 3,6.10 ans. Les laves re- froidies B cette kpoque auraient kt6 par la suite recouvertes de dkbris du volcan bombard6 par les mktkorites ou de poussi'ere provenant des surfaces voisines non recouvertes de lave.

Notons

que c'est une des caractkristiques essentielles de la surface lunaire que dtStre soumise, grtce h l'absence d'atmosph'ere, B un bombardement constant de mktkorites de toutes dimensions.

Dans la seconde hypoth'ese, la mer de la

Tran- quillitk serait le rksultat de ltimpact d'une knor- me mkte'orite, en fait un petit aste'roi'de, qui 9 aurait fondu cette rkgion il y a 3, 6.10 ans. En- suite, par un processus analogue au prkckdent, la poussi'ere environnante, prk-existante, vieille 9 de 4, 5.10 ans, aurait 8tk projetke sur cette rkgion par de plus petits impacts et l'auraient recouverte.

I1 faut prkciser ce stade

qulB la confk- rence de Houston, ce sont des rksultats expkri- mentaux presque bruts qui ont kt6 exposks et tr'es peu d'interprktations suggerkes dans les ex- pose's eux-msmes. Ce ntest que dans les discus- sions hors skance que les interpretations se sont discutkes. Ceci dkcoulait de l'organisation m2me de ce type de recherche collective, les rksultats des travaux de chaque kquipe devant &re rkservks pour une premikre confkrence, pre'vue 3 mois apr'es la remise des kchantillons, afin que dtune confrontation des rksultats puisse rksulter une vue d'ensemble qui permettrait,dans une deuxi'e- me btape,des interprktations plus valables.

I1 est intkressant de noter que la

deuxi'e- me hypoth'ese proposc?e ci-dessus conduit direc- tement b une conclusion qui concerne la terre. En effet, si la lune a kt6 soumise 3 un bombardement 9 de petits astkroi'des il y a 3, 6.10 ans, la terre a db subir le m$me sort, sa force d'attraction gravitationnelle ktant plus grande et l'atmosph'ere ne la protkgeant pas de ces gros objets.

Or, il

s'av'ere que les diffkrentes mkthodes de datation utiliskes pour dkterminer l'lge des roches ter- restres n'ont pu mettre en kvidence un Ige supk- 9 rieur 5 3,6.10 ans. De lh B conclure que la

ET PHYSIQUE NUCLEAIRE C2-49

deuxikme hypoth'ese est la bonne et que la surface de la terre ait pu fondre kgalement B cette meme kpoque,il n'y a qu'un pas qulil ne faut probable- ment pas se hster de franchir ! Les rksultats de l'ktude des kchantillons rapporte's par Apollo 12 et les vols suivants seront indispensables.

Toutefois, la prksence des

mascons sous la surface lunaire pourrait kgalement Stre rap- prochke de cette deuxikme hypothkse.

Enfin,dans l'hypoth'ese d'une skparation

terre-lune, la comparaison des rapports initiaux (87~r/86~r)to des roches terrestres et lunaires permet de de'duire que le magma,& partir duquel sont formkes ces derni'eres, serait plus jeune que celui des roches terrestres, d'environ 200 millions d'anndes. Ceci, compte tenu de I'dge 9 attribuk B la terre - 4, 5.10 ans - imposerait donc que cette skparation ait eu lieu il y 9 a environ 4, 3.10 ans. Un m&me type de raisonnement rend, par ailleurs, extrgmement improbable que les te c- tites, ces petits objets vitreux que l'on rencontre en certaines rkgions de la terre,et dont l'origine est encore inconnue, puissent provenir de la lune comme cela avait kt6 suggkrk : le rapport (87Sr/86~r,)to de ces tectites ktant beaucoup trop klevk par rapport aux roches lunaires (tout au moins pour le site Apollo 11). Dans les deux exemples prkckdents,la mkthode U/P~ conduit aux mSmes conclusions et il est in#ressant de noter,

2 ce propos,que le plomb present dans le sol

lunaire est presque exclusivement radiogknique [5]

J'aborderai maintenant,plus rapidement,un

deuxi'eme domaine, peut-6tre plus important que le premier, mais dont llktude n'en est qulb un stade tr'es prkliminaire.

I1 s'agit des ktudes qui utilisent la lune

comme collecteur des particules kmises par le soleil ou apportkes par le rayonnement cosmique galactique. Compte tenu de

Ifabsence d'atmosphkre

trois types de particules atteignent la surface de la lune : le vent solaire (knergie des particules de l'ordre de 1 keV par nucle'on), les rayons cosmiques solaires (kmis lors des kruptions solaires et dtknergie infkrieure & 50 ~eV/nuclkon) et les rayons cosmiques galactiques (dont 1'6ner -quotesdbs_dbs46.pdfusesText_46

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