Avec le 50e anniversaire des premiers pas de l’Homme sur la Lune le 21 juillet 2019, c’est l’occasion de redécouvrir notre satellite. Petit topo sur les caractéristiques de la Lune, des premières découvertes aux plus récentes révélations scientifiques.

Le croissant de Lune au 4e jour du cycle lunaire, photographié par Adrien Lepanot.

Le seul astre visité par l’Homme

“C’est un endroit intéressant à visiter. Je le recommande”, en a dit Neil Armstrong. Le commentaire du premier homme à avoir marché sur la Lune en 1969 laisse rêveur. Il met également en lumière un fait important : notre unique satellite naturel n’est pas un simple caillou.

Située à une distance moyenne de 384 400 km de notre planète, la Lune est 80 fois moins massive que la Terre et la gravité y est six fois plus faible. À ce jour, c’est seul astre non terrestre du Système solaire à avoir été visité par l’Homme. Bien que de nombreux projets soient en cours de développement, notamment au sein des agences spatiales américaine, européenne et chinoise, il faudra sans doute attendre encore un peu avant qu’un 13e être humain puisse fouler le sol de notre satellite, visité pour la dernière fois en 1972.

La Terre et la Lune vues depuis Mars par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter en 2007.
Crédit : Nasa/JPL-Caltech/University of Arizona

Comment la Lune est-elle structurée ?

D’après la théorie en vigueur au sein de la communauté scientifique, la Lune serait issue de la collision géante entre la Terre en formation et un objet de la taille de Mars nommé Théia. Le choc, survenu il y a plus de 4,5 milliards d’années, aurait éjecté de la matière autour de notre planète, matière qui se serait ensuite agrégée pour former la Lune.

Le sol lunaire se constitue d’une couche de poussière de 3 à 20 mètres d’épaisseur appelée régolithe, qui recouvre la croûte. Il est probablement dû aux multiples bombardements météoritiques qu’a subi la Lune au cours de son histoire et à l’action du vent solaire.

On y voit un corps gris foncé de la taille de Mars entrant en collision avec la Terre en formation avec en fond l'étoile Véga.
Vue d’artiste de la collision qui aurait formé la Lune, entre la Terre en formation et Théia.
Crédit : Nasa

La surface lunaire se décompose en mers et grands plateaux. Dans les mers, en majorité localisées sur la face visible de l’astre, le régolithe qui mesure entre 3 et 5 mètres d’épaisseur est plus foncé car riche en basalte volcanique. Sur les hauts plateaux, on peut trouver jusqu’à 20 mètres d’épaisseur de poussière, moins riche en matière volcanique et donc plus claire et réfléchissante. La Lune apparaît blanche et grisâtre à l’œil nu ou à travers nos télescopes. Mais en réalité, ses roches basaltiques sont très foncées, presque anthracite ! On les voit simplement plus claires à cause de l’éclairage par la lumière du Soleil.

Face visible de la Lune avec ses principales mers ( et cratères lors d'une éclipse pénombrale : on distingue en haut à gauche la pénombre de la Terre.
Face visible de la Lune avec ses principales mers et cratères lors d’une éclipse pénombrale : on distingue en haut à gauche la pénombre de la Terre.
Crédit : Nasa/Robin Lee

D’autre part, la structure interne de la Lune est similaire à celle de la Terre : elle se compose d’un noyau de 300 à 400 km de rayon, d’un manteau et d’une croûte. Juste après sa formation, la croûte était un véritable océan de magma liquide qui a progressivement refroidi. Elle mesure entre environ 35 et 100 km d’épaisseur et serait deux fois plus épaisse au niveau de la face cachée.

Schéma de la structure interne de la Lune représentée en dégradé de gris. Les mers en plus foncé. Le noyau est lui en couleurs jaune et rouge. La sphère de la Lune est coupée pour y distinguer croûte, manteau et noyau.
Schéma de la structure interne de la Lune.
Crédit : Kelvinsong/CC BY-SA 3.0

Un environnement lunaire hostile

La surface de la Lune est parsemée d’innombrables cratères, et notamment du plus grand bassin d’impact du Système solaire. Appelé bassin Pôle Sud-Aitken, il mesure en effet plus de 2 500 kilomètres de diamètre pour 13 kilomètres de profondeur !

Vue du bassin d'impact Pôle Sud-Aitken en fausses couleurs : on voit le bassin représenté par un grand cercle bleu sur le reste de la surface de la Lune en couleur verte qui indique une profondeur moindre.
Bassin d’impact Pôle Sud-Aitken, le plus grand du Système solaire.
Crédit : Ittiz/CC BY-SA 3.0

Dans le fond des cratères en permanence à l’ombre, la température peut atteindre les – 230 °C tandis qu’au Soleil, il peut faire jusqu’à 120 °C. En 1972, le dixième et plus jeune homme à avoir marché sur la Lune, Charlie Duke, en a d’ailleurs fait les frais. Il a symboliquement déposé une photo de sa famille sur le sol lunaire. Charmant. Mais à 120 °C au Soleil, celle-ci s’est rapidement consumée… Que diable, c’est l’intention qui compte !

Sol lunaire avec au centre de l'image la photographie que Charles Duke a déposée de sa famille sur le sol lunaire.
Photographie de la famille de Charlie Duke déposée sur la Lune lors de la mission Apollo 16.
Crédit : Nasa

Par ailleurs, l’atmosphère de la Lune est extrêmement ténue et dépourvue de nuages. Sa surface est donc très peu protégée des rayons cosmiques et solaires. Pour les premiers explorateurs de notre satellite, c’était donc lunettes de soleil obligatoires. Leurs scaphandres étaient recouverts d’une couche d’or protectrice qui préservait leurs yeux.

Charles Duke face à l'appareil photo en train de ramasser des échantillons à côté du cratère Plum. Un rover en fond.
Charlie Duke récolte des échantillons pour la mission Apollo 16.
Crédit : Nasa/John W. Young

Y a-t-il de l’eau sur la Lune ?

Depuis 2008, on sait grâce à la sonde indienne Chandrayaan-1 que de la glace d’eau solide se trouve dans des cratères situés aux pôles. Une découverte confirmée par la Nasa en 2018 par l’instrument Moon Mineralogy Mapper.

Cette eau proviendrait des comètes. Suite à l’impact avec la Lune, la neige sale de ces comètes se serait en effet vaporisée pour former une atmosphère provisoire autour de notre satellite, avant de se condenser puis de se déposer et givrer sur le sol lunaire. L’intérieur des cratères n’étant jamais exposé au Soleil, la glace formée aurait ainsi pu se conserver plusieurs centaines de millions d’années ! En tout, un milliard de tonnes d’eau glacée se trouverait potentiellement à la surface de la Lune.

Localisations (en bleu) de glace d’eau dans les cratères des pôles sud (à gauche) et nord (à droite) de la Lune.
Crédit : Nasa/JPL

Influences de la Lune sur la Terre

Fait important à souligner, la période de rotation de la Lune sur elle-même est synchronisée avec sa période de révolution autour de la Terre. Par conséquent, notre satellite naturel présente à peu près toujours la même face à la Terre. C’est la face dite “visible” où l’on trouve la plupart des mers foncées, riches en basaltes volcaniques, évoquées précédemment.

Deux animations qui montrent la rotations synchrone (la Lune montre toujours la même face à la Terre) et non synchrone (la Lune ne montre pas toujours la même face à la Terre).
Simulations des rotations synchrone (cas réel à gauche) et non synchrone (cas fictif à droite) de la Lune autour de la Terre.
Crédit : Stigmatella aurantiaca/CC BY-SA 3.0

La Lune tourne autour de notre planète en 28 jours. Pendant ce petit mois, la disposition Terre-Lune-Soleil crée les phases de la Lune facilement observables à l’œil nu.

Animation qui montre les phases de la Lune. On y voit l'ombre de la Terre traverser de part en part la face visible de la Lune.
Les phases de la Lune.
Crédit : Tom Ruen/Wikipedia Commons
Schéma représentant la Terre au centre et la Lune à différentes étapes de sa période de révolution autour de la Terre : l'éclairage par le Soleil et sa révolution font que l'ombre de la Terre s'y projette et crée les phases pleine Lune, nouvelle Lune, croissants, quartiers...
Les phases de la Lune.
Crédit : Looxix/CC BY-SA 3.0

Enfin, la révolution de la Lune autour de la Terre induit un effet gravitationnel bien connu sur nos mers et océans : les marées, hausses locales et périodiques du niveau des eaux terrestres. L’eau située à la verticale de la Lune a tendance a être attirée vers le haut par celle-ci. A l’opposée de la Terre, la surface de l’eau subit au contraire moins la gravité de la Lune que le reste de la Terre et a donc aussi tendance à se soulever. Il se créé donc deux zones opposées où l’eau est plus haute que la moyenne et en compensation, à la perpendiculaire de celles-ci, deux autres zones ou l’eau est plus basse que la moyenne. Or, la Terre tourne sur elle-même en 24h : elle effectue sa rotation “sous” ces zones d’eau surélevées ou abaissées. C’est pour cela que l’on a, au cours d’une journée, deux marées hautes et deux marées basses.

Le Mont Saint Michel à marée basse sur une première image à gauche, par beau temps, et à marée haute sur une deuxième image à droite, aussi par beau temps.
Le Mont Saint Michel à marées basse (à gauche) et haute (à droite).
Crédits : Mathias Neveling/Antoine Lamielle/Wikipedia Commons

Notre satellite est donc un astre aux multiples facettes qui influe directement sur notre quotidien. Dans notre prochain dossier, vous pourrez découvrir plus en détails l’histoire de sa conquête, à l’occasion du proche 50e anniversaire du premier pas de l’Homme sur la Lune.