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Pendant des années, les scientifiques ont pensé que la Lune était un corps inerte avec pas ou peu de dynamique interne. Cependant, les données recueillies par les sismomètres déposés à sa surface lors des missions Apollo, ainsi que les clichés pris durant la mission Lunar Reconnaissance Orbiter, ont été récemment analysés par des géophysiciens et les résultats sont étonnants : la Lune possède encore une tectonique active, comme en témoignent les nombreux séismes lunaires relevés par les chercheurs.

Une analyse d’images réalisée en 2010 à partir des données du Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA, a révélé que la Lune rétrécissait tandis que son intérieur se refroidissait, laissant derrière elle des milliers de falaises appelées failles de chevauchement. Une nouvelle analyse suggère que la Lune rétrécit encore aujourd’hui et produit des séismes le long de ces failles de chevauchement.

Une équipe de chercheurs comprenant Nicholas Schmerr, professeur adjoint de géologie à l’Université du Maryland, a conçu un nouvel algorithme permettant de réanalyser les données sismiques provenant d’instruments placés par les missions Apollo de la NASA dans les années 1960 et 1970. Leur analyse a fourni des données plus précises sur la localisation de l’épicentre de 28 séismes enregistrés de 1969 à 1977.

Failles géologiques : indices d’une tectonique lunaire toujours active

L’équipe a ensuite superposé ces données de localisation sur l’imagerie du LRO concernant les failles. Les chercheurs ont découvert qu’au moins huit des séismes résultaient probablement d’une véritable activité tectonique le long des failles de chevauchement, plutôt que des impacts d’astéroïdes ou d’ondes vibratoires aléatoires au centre de la Lune.

Bien que les instruments d’Apollo aient enregistré leur dernier séisme peu de temps avant leur retrait en 1977, les chercheurs suggèrent que la Lune subit probablement encore des tremblements à ce jour. Les résultats de l’étude ont été publiés dans la revue Nature Geoscience.

faille chevauchement lune

L’une des très nombreuses failles de chevauchement imagées par le LRO. Ces failles ressemblent à de petites falaises en forme d’escaliers, ou à des escarpements vus de la surface lunaire. Les escarpements se forment quand une partie de la croûte de la Lune (flèches pointant à gauche) est poussée sur une partie adjacente (flèches pointant à droite), lorsque l’intérieur de la Lune se refroidit et se rétrécit. Crédits : NASA/GSFC/Arizona State University/Smithsonian

« Nous avons constaté qu’un certain nombre de tremblements enregistrés dans les données d’Apollo se produisaient très proches des failles observées dans les images du LRO » déclare Schmerr, notant que les images de LRO montraient également des traces physiques de mouvements de failles géologiquement récents, tels que des glissements de terrain et des éboulements de rochers.

« Il est fort probable que les failles soient toujours actives aujourd’hui. On ne voit souvent aucune tectonique active ailleurs que sur Terre, il est donc très excitant de penser que ces failles peuvent encore produire des séismes ».

Des failles tectoniques à l’origine des séismes lunaires

Les astronautes ont placé cinq sismomètres à la surface de la lune lors des missions Apollo 11, 12, 14, 15 et 16. Le sismomètre d’Apollo 11 n’a fonctionné que pendant trois semaines, mais les quatre instruments restants ont enregistré 28 séismes de faible profondeur — provoqués par des failles tectoniques — de 1969 à 1977. Sur Terre, la magnitude des séismes aurait varié entre 2 et 5.

En utilisant les estimations de localisation révisées à partir de leur nouvel algorithme, les chercheurs ont découvert que les épicentres de huit des 28 séismes peu profonds se trouvaient à moins de 30 km des failles visibles dans les images du LRO. C’était assez proche pour que l’équipe puisse conclure que les failles étaient probablement à l’origine des séismes.

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carte seismes failles

Carte montrant la localisation des différentes failles et séismes sur la Lune. Une équivalence sur l’échelle de Richter est également indiquée. Les séismes apparaissent toujours à proximité des failles. Crédits : Thomas R. Watters et al. 2019

Schmerr a dirigé les efforts visant à produire des cartes de secousses dérivées de modèles qui prédisent où la secousse la plus forte devrait se produire, compte tenu de la taille des failles de chevauchement. Les chercheurs ont également découvert que six des huit tremblements de terre se produisaient lorsque la Lune était à son apogée ou près de son apogée, le point le plus éloigné de la Terre sur son orbite.

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C’est là qu’un effet de contrainte de marée gravitationnelle supplémentaire dû à la gravité de la Terre provoque un pic de contrainte mécanique totale sur la croûte de la Lune, ce qui rend le glissement plus probable le long des failles.

« Nous pensons qu’il est très probable que ces huit tremblements de terre aient été provoqués par des failles qui ont glissé sous l’effet de l’accumulation de contraintes, lorsque la croûte lunaire a été comprimée par la contraction globale et les forces de marées, ce qui indique que les sismomètres d’Apollo ont enregistré la contraction de la Lune et que celle-ci est toujours active sur le plan tectonique » déclare Thomas Watters, astrophysicien et auteur principal de l’étude.

Des séismes agitant la surface de la Lune

La Lune rétrécit tandis que son intérieur se refroidit et se contracte. La croûte de la Lune est fragile, ce qui la fait se casser lorsque l’intérieur se rétrécit. Cette rupture se traduit par des défauts de poussée, dans lesquels une partie de la croûte est poussée sur une partie adjacente. Ces failles ressemblent à de petites falaises en forme d’escalier, ou à des escarpements vus de la surface lunaire ; chacun a une hauteur approximative de plusieurs dizaines de mètres et une longueur de quelques kilomètres.

Le LRO a photographié plus de 3500 failles sur la Lune depuis sa mise en service en 2009. Certaines de ces images montrent des glissements de terrain ou des rochers au bas de zones relativement lumineuses, sur les pentes des escarpements de faille ou des terrains proches. Étant donné que les intempéries assombrissent progressivement les matériaux sur la surface lunaire, les zones plus claires indiquent les régions fraîchement exposées par un événement tel qu’un séisme.

activite sismique failles

Clichés montrant une potentielle activité sismique récente le long de certaines failles. Crédits : Thomas R. Watters et al. 2019

D’autres images de failles en provenance du LRO montrent des traces récentes de chutes de blocs, suggérant que des tremblements de terre ont envoyé ces blocs dévaler les pentes de leurs falaises. Ces traces s’effaceraient relativement rapidement, en matière de temps géologique, par la pluie constante d’impacts de micrométéoroïdes sur la Lune.

Avec près d’une décennie d’images du LRO déjà disponibles et de nouvelles avancées dans les années à venir, l’équipe aimerait comparer des images de régions de failles spécifiques de différentes époques afin de rechercher de nouvelles preuves de séismes récents.

« Pour moi, ces résultats soulignent la nécessité de retourner sur la Lune. Nous avons beaucoup appris des missions Apollo, mais elles ne font qu’effleurer la surface. Avec un plus grand réseau de sismomètres modernes, nous pourrions faire d’énormes progrès dans notre compréhension de la géologie de la Lune. Cela fournit des résultats très prometteurs pour la science » conclut Schmerr.

Source : Nature Geoscience

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