Hypothèse de l'impact géant

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Vue d'artiste d'un impact géant.

L’hypothèse de l'impact géant propose que la Lune a été créée à partir de la matière éjectée par une collision entre la jeune Terre et un corps de la taille de Mars nommé Théia. Cette hypothèse scientifique est la plus soutenue pour expliquer la formation de la Lune.

Cet impact se serait produit 100 millions d’années après la naissance du Système solaire, soit il y a 4,468 milliards d’années[1].

Scénario[modifier | modifier le code]

Animation (échelles non respectées) de Théia se formant au point de Lagrange de la Terre, puis, perturbée par la gravité, entrant en collision et aidant à la formation de la Lune. L'animation progresse au rythme d'une année par image, donnant l'impression que la Terre ne bouge pas. La vue est prise du pôle sud.

Il y a 4,468 milliards d'années — soit environ 100 millions d'années après la formation de la Terre — le planétoïde Théia, de la taille de Mars soit 6 500 kilomètres de diamètre, aurait heurté la Terre à la vitesse de 40 000 kilomètres par heure sous un angle oblique, détruisant l'impacteur et éjectant ce dernier ainsi qu'une portion du manteau terrestre en orbite dans l'espace, avant de s'agglomérer pour donner naissance à la Lune. Des simulations informatiques d'un tel événement[2],[3] ont suggéré qu'environ 2 % de la masse originelle de l'impacteur aurait produit un anneau de débris en orbite. Par accrétion, entre un et cent ans après l'impact, la moitié de ces débris aurait donné naissance à la Lune.

L'hypothèse de l'impact géant a été établie en 2004 grâce à des simulations numériques réalisées par Robin M. Canup (en), de l'Université du Colorado à Boulder (États-Unis), et est la seule capable de rendre compte de la dynamique du système Terre-Lune. Mais ce scénario implique que la Lune devrait être composée d'un mélange de 80 % de l'impacteur Théia et de 20 % du manteau terrestre, or il existe une stricte similitude géochimique entre les deux astres[4],[5].

Hypothèses complémentaires[modifier | modifier le code]

Trois hypothèses sont aujourd'hui proposées pour résoudre cela. Pour Matija Cuk, de l'institut SETI, et Sarah Stewart, de Harvard, il suffit de modifier la période de rotation de la Terre au moment de l'impact avec une planète de la moitié de la taille de Mars pour engendrer une Lune composée à 92 % de matériaux terrestres[5]. Pour Robin Canup, l'impacteur aurait eu une masse comparable à celle de la Terre ; la collision aurait donc produit un cataclysme phénoménal capable de mélanger les matériaux de la jeune Terre et de l'impacteur de façon homogène[5]. Quant à Willy Benz, de l’Université de Berne (Suisse), il suppose que Théia avait bien une taille comparable à celle de Mars, mais à une vitesse d'impact beaucoup plus rapide que celle imaginée jusqu'à maintenant[5].

Aujourd'hui donc, les scientifiques ne peuvent répondre avec certitude sur quand et comment la Lune s'est formée mais seulement proposer des scénarios possibles[5]. Il faudrait avoir plus d'informations sur Théia (si elle a effectivement existé) et sur la jeune Terre pour pouvoir effectuer, à partir de nouvelles données, une meilleure simulation numérique qui rendrait mieux compte de la réalité.

Recherches[modifier | modifier le code]

Le modèle standard de la formation de la Lune proposé par simulation numérique fait intervenir la collision d’une petite planète de la taille de Mars qui fait 15 % de la masse de la terre et que les matériaux composant la Lune sont issus à 80 % de cet impacteur[6].

En 2012, en analysant des échantillons provenant des missions du programme Apollo, des chercheurs ont montré que la Lune avait la même composition en isotopes de titane que la Terre, ce qui s'oppose à l'hypothèse de l'impact géant dans la mesure où il serait raisonnable de trouver des matériaux distincts provenant des deux sources : la Terre et l'objet hypothétique Théia[7]. Cependant, en octobre de la même année, des chercheurs de l'Université Washington à Saint-Louis et de l'Institut d'océanographie Scripps publient un article dans Nature appuyant l'hypothèse de l'impact géant par l'analyse d'isotopes de zinc[8],[9],[10], puis en 2014, c'est au tour d'une équipe allemande de conforter cette théorie, cette fois-ci en consacrant son étude à la proportion relative en isotopes d'oxygène dans les échantillons lunaires rapportés par les missions Apollo[11].

Une modélisation en 2015 conforte cette hypothèse en montrant que l'impacteur avait une composition chimique voisine de celle de la Terre, ce qui explique que la Lune et la Terre partagent des similitudes surprenantes de composition chimique, notamment au niveau des isotopes de tungstène, chrome, silicium et oxygène[12].

Conséquences[modifier | modifier le code]

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Les conséquences de la collision entre Théia et la Terre auraient été majeures pour notre planète et seraient à la base du développement de la vie complexe. Théia serait donc responsable d'une chaîne d'événements complexes essentiels à la vie sur Terre.

  1. Cette collision aurait permis à la Terre de devenir beaucoup plus massive puisque celle-ci aurait absorbé une partie de sa jumelle lors de l'impact.
  2. Elle serait donc à l'origine d'un accroissement de la gravité de la Terre. On peut estimer que la « proto-Terre » (avant cet impact géant) était très semblable à Vénus. Cet accroissement de la gravité a permis de retenir d'autant mieux les gaz de l'atmosphère primitive. Avec cette atmosphère, toutes les comètes qui nous ont heurtés par la suite, se sont désintégrées pour faire place, après plusieurs années, à une quantité d'eau totale équivalente à la moitié de toute l'eau sur Terre[13].
  3. Théia aurait aussi été vitale pour notre planète en permettant à la Terre d'hériter d'un noyau plus gros. Combiné à la rotation de la Terre, ce tout nouveau noyau, plus massif et essentiellement constitué de fer, est à l'origine de la magnétosphère terrestre qui nous protège des radiations mortelles du vent solaire.
  4. Un accroissement de la dimension du noyau aurait aussi eu pour effet d'augmenter l'intensité de la convection mantellique. Le noyau étant plus massif et diffusant une plus forte énergie, la roche en fusion du manteau aurait commencé à monter vers la surface de la Terre, créant des volcans grâce à l'intrusion du magma entre les plaques tectoniques. De nombreuses éruptions s'ensuivirent, libérant dans l'atmosphère d'énormes quantités de dioxyde de carbone et de méthane. La libération de ces gaz aurait alors créé l'effet de serre et aurait donc permis à la Terre de se réchauffer. À la suite de ce réchauffement, la vapeur d'eau envoyée lors des éruptions volcaniques aurait enfin pu s'accumuler sous forme de nuages et l'autre moitié de toute l'eau de la Terre serait tombée sous forme de pluie.
  5. La Lune, en servant de bouclier contre les géocroiseurs, a protégé notre planète de nombreuses catastrophes, comme le prouvent les cratères d'impact à sa surface.
  6. La dernière contribution de Théia serait d'avoir su stabiliser les climats et les températures. Après avoir été elle-même pulvérisée en nous heurtant, Théia aurait laissé des débris en orbite autour de la Terre, débris provenant en partie de Théia et en partie du manteau de la proto-Terre[14]. Ces débris, dont la grande partie ont dû d'abord former un anneau aux alentours de la limite de Roche, ont fini par s'amalgamer avec le temps en un corps céleste, la Lune. C'est grâce à l'attraction de la Lune sur la Terre que la précession des équinoxes prend 25 800 ans. Sans cette Lune si massive, l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre serait chaotique, oscillant de façon irrégulière à l'échelle des temps géologiques, quasiment de 0 à 90°. Les climats changeraient du tout au tout, ce qui aurait été très défavorable au développement des formes vivantes évoluées, surtout sur les continents[15].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Seth A Jacobson, « Highly siderophile elements in Earth's mantle as a clock or the Moon-forming impact », Nature, vol. 508,‎ , p. 84–87 (DOI 10.1038/nature13172)
  2. Canup, R. M. 2008. Lunar forming collisions with pre-impact rotation. Icarus, 196, 518-538.
  3. Canup, R. M. 2008. Implications of lunar origin via giant impact for the Moon's composition and the thermal state of the protoearth. Lunar Plan. Sci. XXXIX, #2429.
  4. Pierre Thomas, ENS Lyon - Laboratoire de Géologie de Lyon, L'origine de la Lune, partie "Les inconnues qu'il reste à résoudre" (septembre 2012) (dernière consultation en octobre 2015)
  5. a, b, c, d et e Science & Vie Hors série, La Terre, cette inconnue, page 29/122 (juin 2015).
  6. (en) R. Canup, « Simulations of a Late-Forming Impact », Icarus, vol. 168,‎ , p. 433-456
  7. (en)« Titanium Paternity Test Says Earth is the Moon's Only Parent », Astrobiology Magazine, 4 mai 2012.
  8. (en) Randal C. Paniello, James M. D. Day et Frédéric Moynier, « Zinc isotopic evidence for the origin of the Moon », Nature, no 490,‎ , p. 376–379 (DOI 10.1038/nature11507, résumé)
  9. Laurent Banguet, Agence France-Presse, « La Lune est bien née d'une collision avec la Terre », sur http://www.radio-canada.ca, Radio-Canada,‎
  10. (en)Diana Lutz, « Moon was created in giant smashup », sur http://news.wustl.edu, Université Washington à Saint-Louis,‎
  11. Joël Ignasse, « On a trouvé des traces de Théia dans la Lune », Sciences et Avenir - en ligne,‎ (lire en ligne).
  12. (en) Robin M. Canup, « Solar System: An incredible likeness of being », Nature, vol. 520,‎ , p. 169–170 (DOI 10.1038/520169a)
  13. (en) 1.James P. Greenwood et coll, « Hydrogen isotope ratios in lunar rocks indicate delivery of cometary water to the Moon », Nature Geoscience,‎ (DOI 10.1038/ngeo1050)
  14. Ce qui est fortement suggéré par l'analyse isotopique des éléments lunaires.
  15. J. Laskar, F. Joutel, P. Robutel, Stabilization of the Earth's obliquity by the Moon, in "Nature" (1993) no 361, p. 615-617

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

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