La mission chinoise Chang’e-5 a rapporté des preuves que la Lune abritait des volcans actifs il y a encore 120 millions d’années, et que certains le sont peut-être encore. Une autre étude a révélé que les séismes lunaires sont rares, les plus puissants, d’une magnitude d’environ 5,0, se produisant près de la surface. Contrairement aux séismes terrestres, qui durent de quelques dizaines de secondes à quelques minutes, les séismes lunaires peuvent durer plusieurs heures, suffisamment longtemps pour endommager ou faire s’effondrer des structures, déstabiliser les lanceurs au sol ou perturber les opérations terrestres.
D’après les données recueillies en décembre 2020 par la mission chinoise de retour d’échantillons Chang’e 5 sur Terre, des volcans à la surface lunaire sont entrés en éruption à une époque géologiquement récente, et la Lune pourrait encore présenter une activité volcanique aujourd’hui.
On sait que la Lune a abrité un volcan dans un passé lointain, car on en observe des traces partout à la surface de notre plus proche voisine : les marques sombres du célèbre «homme sur la Lune» sont des mers lunaires, de vastes plaines volcaniques qui existaient il y a entre trois et 3,8 milliards d’années. On pensait alors que c’était la dernière période d’activité volcanique sur la Lune.
Mais, de façon surprenante, la sonde Chang’e-5 a rapporté sur Terre des preuves que des éruptions volcaniques sur la Lune se sont produites bien plus récemment — il y a seulement 123 millions d’années, avec une marge d’erreur de 15 millions d’années. Les résultats de la mission Chang’e-5 ont été publiés le 5 septembre 2024 dans la revue Science.
Gros plan sur le conteneur d’échantillons de l’atterrisseur lunaire chinois Chang’e-5 lors des opérations de prélèvement d’échantillons le 1er décembre 2020. CNSA/CCTV
À l’échelle humaine, cela semble encore très lointain, mais d’un point de vue géologique, c’est relativement récent. Cela signifie que la Lune a peut-être connu une activité volcanique tout au long de son existence et qu’elle pourrait encore en connaître aujourd’hui.
Des traces d’activité volcanique récente ont été découvertes dans trois minuscules billes de verre – seulement trois parmi les 3 000 présentes dans un échantillon prélevé par Chang’e-5. Une équipe de chercheurs, dirigée par Bi-Wen Wang et Qian Zhang de l’Institut de géologie et de géophysique de l’Académie chinoise des sciences à Pékin, a analysé minutieusement 1,7 gramme de poussière lunaire collectée par Chang’e-5, à la recherche de ces «aiguilles dans une botte de foin». Ces billes de verre, mesurant de 20 à 400 microns seulement, peuvent se former suite à un impact d’astéroïde puissant, qui fait fondre et comprime les roches, les transformant en verre. De fait, ces billes d’impact constituent la grande majorité des billes de l’échantillon – ce qui n’est pas surprenant, compte tenu du nombre d’impacts visibles sous forme de cratères sur la Lune. Mais il existe une autre explication possible à leur formation.
Des techniciens retirent un conteneur d’échantillons de la sonde chinoise Chang’e-5, qui a rapporté de la poussière et des roches lunaires sur Terre en décembre 2020. Observatoires astronomiques nationaux, Association astronomique canadienne
«Les fontaines de magma produisent du verre volcanique, déjà détecté dans des échantillons prélevés à la surface lunaire», écrivent les équipes de Wang et Zhang dans leur article de recherche. Si des billes de verre volcanique ont déjà été découvertes sur la Lune, elles se sont toujours formées lors d’éruptions magmatiques il y a des milliards d’années. Cependant, en atterrissant dans une région riche en dômes volcaniques appelée Mons Rümker, située dans l’Océan des Tempêtes (Oceanus Procellarum), Chang’e-5 a découvert trois billes de verre exceptionnelles, qu’elle a rapportées sur Terre le 16 décembre 2020.
«La datation uranium-plomb de trois perles de verre volcanique indique qu’elles se sont formées il y a 123 millions ±15 millions d’années», ont écrit Wang et Zhang de leur équipe.
La datation uranium-plomb consiste à mesurer la désintégration radioactive de l’uranium en plomb dans des échantillons de roche vieux de plus d’un million d’années. En général, plus le rapport plomb/uranium est élevé, plus l’échantillon doit être ancien pour que tout l’uranium se soit désintégré en plomb. Inversement, plus le rapport plomb/uranium est faible, plus l’échantillon est jeune.
Ces découvertes sont d’autant plus crédibles qu’il ne s’agit pas de la première preuve d’un volcanisme géologiquement récent sur la Lune. En 2014, la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA a photographié près de 70 formations étranges à la surface lunaire, appelées mers irrégulières, plus connues sous l’acronyme «IMP». En réalité, la première IMP a été photographiée depuis l’orbite lunaire en 1971 par les astronautes de la mission Apollo 15, mais elle n’avait pas été identifiée à l’époque. Les IMP se présentent comme des collines lisses, arrondies et peu profondes, adjacentes à des zones de terrain rocheux et accidenté situées en contrebas. Ces formations, d’un diamètre moyen inférieur à 500 mètres, se trouvent sur des plaines volcaniques, et certaines d’entre elles semblent avoir moins de 100 millions d’années, voire moins de 50 millions d’années. Ces estimations d’âge sont basées sur le nombre de cratères : plus une surface est cratèreuse, plus elle est ancienne, tandis que les pentes lisses sont relativement peu perturbées.
Bien que les particules IMP apportent des preuves convaincantes d’un volcanisme récent, les billes de verre en fournissent une preuve irréfutable. Cependant, les modèles d’évolution thermique de la lune suggèrent que son intérieur aurait dû se refroidir bien après sa formation, il y a 4,5 milliards d’années. Autrement dit, la température interne de la lune ne devrait pas être suffisamment élevée pour permettre une activité volcanique.
Cette image, prise le 17 décembre 2020 en Mongolie-Intérieure (Chine), montre la capsule spatiale chinoise Chang’5 revenant sur Terre avec des échantillons de roches lunaires après son atterrissage. CASC
« Nous avons mesuré des teneurs élevées en terres rares et en thorium dans ces sphérules de verre volcanique, ce qui pourrait indiquer qu’un volcanisme aussi récent était associé à un enrichissement local des sources magmatiques issues du manteau en éléments producteurs de chaleur », écrivent Wang et Zhang, membres de leur groupe.
Ces éléments, tels que le potassium, le phosphore, l’yttrium et le lanthane, peuvent libérer de la chaleur par désintégration radioactive, ce qui pourrait suffire à faire fondre les roches du manteau lunaire, au moins localement, ce qui pourrait entraîner de petites éruptions.
Depuis des décennies, des phénomènes lunaires transitoires (TLE) – des brumes colorées et fantomatiques apparaissant au-dessus du paysage lunaire – sont signalés. Leur existence est très controversée, car ils n’ont été observés que par des astronomes amateurs sur Terre, et non par des sondes spatiales. Si de nombreux scientifiques lunaires ont écarté l’hypothèse des TLE, les attribuant à des conditions atmosphériques défavorables au-dessus du site d’observation terrestre, voire à une simple erreur d’identification, une explication possible était le dégazage volcanique. Cette hypothèse semblait improbable compte tenu du consensus alors établi sur l’inertie volcanique de la Lune, mais de nouvelles données obtenues par la sonde Chang’e-5 et confirmées par les observations de particules iono-magnétiques (IMP) de LRO soulèvent la possibilité d’un dégazage volcanique sur la Lune.
Les lueurs lunaires durant plusieurs minutes pourraient être causées par des émissions de radon provenant de l’intérieur de la Lune. Deux études publiées en 2008 et 2009 dans The Astrophysical Journal suggèrent que ces émissions de gaz se produisent lorsque des gaz accumulés sous la surface lunaire sont libérés de manière explosive par des facteurs tels que des «séismes lunaires».
Dans la nuit du 19 avril 1787, l’astronome William Herschel observa une lumière, d’une luminosité comparable à celle de la nébuleuse d’Orion, émanant de la nouvelle lune encore obscure. Cette lumière persista plusieurs heures. Il s’agissait probablement d’un phénomène lunaire transitoire (PLT), c’est-à-dire une brève modification de l’aspect d’une partie de la surface lunaire.
Les anomalies lumineuses transitoires (ALT) comprennent des zones plus claires, des taches rougeâtres ou violettes et des régions floues. Selon Anthony Cook, chercheur au département de physique de l’université d’Aberystwyth au Royaume-Uni, environ 3 000 ALT ont été recensées au cours des deux derniers millénaires, détectées par des observateurs utilisant des télescopes, des appareils photo ou simplement une bonne vue.
Les éclairs lumineux ultrarapides — ceux qui durent moins d’une minute — sont probablement causés par des impacts de météoroïdes. Les météoroïdes pesant plus de 0,2 kilogramme (environ la taille d’une boule de billard) produisent de brefs éclairs lumineux lorsqu’ils percutent la surface lunaire. Ces éclairs sont dus à l’énergie des impacts, qui chauffe les roches à la surface de la Lune, les faisant briller jusqu’à leur refroidissement.
Carte de tous les flashs lumineux dus aux impacts de météorites sur la Lune, enregistrés ces neuf dernières années par le programme grec NELIOTA. Ce programme a été mis en place pour surveiller les impacts de météorites sur la Lune afin de protéger les satellites en orbite et les futures bases lunaires.
Bien que l’on ait longtemps soupçonné que ces éclairs d’impact lunaire (LIF) étaient des scintillations, les scientifiques n’ont pu les identifier avec certitude qu’à partir des années 1990, lorsque les caméras vidéo à haute vitesse se sont largement répandues pour l’observation de la Lune, a expliqué Yanagisawa. Même alors, la courte durée de ces éclairs ne permettait pas d’exclure des facteurs tels que des interférences électriques au sein des caméras.
Ainsi, la confirmation d’une éruption solaire nécessitait des observations simultanées depuis au moins deux sites éloignés. Certaines éruptions ont été confirmées pour la première fois lors de l’essaim météoritique des Léonides en novembre 1999.
Depuis, des centaines d’autres flashs laser ont été officiellement enregistrés par des projets tels que le programme NELIOTA (Near-Earth Object Lunar Impacts and Optical Transients), financé par l’Agence spatiale européenne. En neuf ans, NELIOTA a enregistré 193 flashs laser, et une carte de ces flashs suggère qu’ils proviennent de zones spécifiques, comme l’Oceanus Procellarum, une région lunaire potentiellement tectoniquement active.
Le responsable du projet, Alexios Liakos, chercheur à l’Observatoire national d’Athènes, a déclaré que cette tendance apparente est due à une erreur d’observation. En effet, une étude de 2024 dont il est co-auteur a démontré que la Lune est exposée à un impact de météorites quasi uniforme.
Vidéo de l’éclair lors de l’impact avec la Lune ; le scintillement est visible dans le coin supérieur droit de l’image. NELIOTA
À l’inverse, les aurores lunaires durant quelques minutes pourraient être causées par la libération de radon provenant de l’intérieur de la Lune. Deux études publiées en 2008 et 2009 dans The Astrophysical Journal suggèrent que ce dégazage se produit lorsque des gaz accumulés sous la surface lunaire sont libérés de manière explosive, notamment par des phénomènes tels que les «séismes lunaires». Le radon radioactif émet de la lumière en se désintégrant, ce qui le rend visible depuis la Terre. De plus, les régions où des aurores plus longues ont été observées coïncident généralement avec des zones à forte concentration de radon.
Mais certaines lumières lunaires, comme celles observées par Herschel, persistent pendant des heures. Selon une étude de 2012, ces observations pourraient être indirectement liées à la Lune. L’étude suggère que le vent solaire, un flux de particules chargées émanant du Soleil, ionise les particules de poussière lunaire et les projette en d’immenses nuages de 100 kilomètres d’altitude. Ces nuages peuvent réfracter la lumière des étoiles ou d’autres objets brillants apparaissant proches de la Lune dans le ciel, illuminant ainsi vraisemblablement sa surface.
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Grâce au traitement d’énormes quantités de données recueillies lors des missions Apollo et d’autres explorations lunaires, les scientifiques ont pu mieux comprendre la structure interne de la Lune. En 2011, des recherches de la NASA ont révélé que le noyau externe de la Lune est composé de fer liquide et forme une couche distincte, partiellement fondue, à sa jonction avec le manteau. Cette étude a également suggéré que le noyau interne de la Lune pourrait être composé de fer.
Les premières indications d’une structure interne lunaire semblable à celle de la Terre proviennent des missions Apollo de la NASA. Les données recueillies par les instruments embarqués sur les atterrisseurs lunaires ont révélé que ce corps céleste est différencié – c’est-à-dire composé de régions stratifiées, avec des matériaux plus denses au centre et moins denses près de la surface – contrairement à une roche homogène. Les astronautes d’Apollo ont même laissé des sismomètres sur la Lune, qui, selon la NASA, ont par la suite démontré l’existence de séismes lunaires. Une équipe de chercheurs de l’Université Côte d’Azur et de l’Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides (IMCCE) en France a publié ses résultats le 3 mai 2023 dans la revue Nature.
L’étude a confirmé l’existence de ce noyau interne dense. À l’aide d’un modèle informatique détaillé, basé sur des données géologiques issues du programme Apollo et de la mission GRAIL de la NASA (au cours de laquelle deux sondes ont surveillé le champ gravitationnel lunaire pendant plus d’un an), les chercheurs ont déterminé que le diamètre du noyau interne est d’environ 500 km, soit seulement 15 % du diamètre de la Lune. Cette petite taille, selon les chercheurs, explique probablement pourquoi il a été si difficile à détecter pour les scientifiques.
Illustration de la structure interne de la Lune, récemment confirmée : croûte mince, manteau très épais, zone de faible viscosité à la limite manteau-noyau, noyau externe liquide et noyau interne solide. Geoazure/Nicholas Sarter
De plus, l’étude a révélé les premières preuves d’une inversion du manteau lunaire : un processus au cours duquel des matériaux en fusion plus chauds remontent à travers le manteau, à la manière de gouttes de cire dans une lampe à lave. Les chercheurs pensent que cela pourrait expliquer la présence de fer à la surface de la Lune.
Une meilleure compréhension de la structure interne de la Lune pourrait aider les scientifiques à percer ses mystères géologiques, notamment celui de son puissant champ magnétique d’antan. Bien que la Lune soit actuellement dépourvue de champ magnétique, des échantillons de roches indiquent qu’il était autrefois comparable à celui de la Terre.
Les sismomètres placés à la surface de la Lune par les astronautes d’Apollo ont démontré que des tremblements de terre lunaires se produisent sur la Lune.
Les séismes lunaires profonds, qui se produisent à des centaines de kilomètres sous la surface lunaire, sont des phénomènes de marée : ils sont provoqués par l’attraction gravitationnelle terrestre, qui étire les structures internes de la Lune. Un autre type de séisme lunaire est causé par la contraction de la Lune lors de son refroidissement, un processus qui se poursuit depuis sa formation il y a près de 4,5 milliards d’années. Ces séismes lunaires se produisent à des profondeurs relativement faibles (20 à 30 kilomètres), peuvent atteindre une magnitude impressionnante de 5,5 sur l’échelle de Richter et durer plus de 10 minutes. Les impacts de météorites sur la Lune peuvent provoquer des séismes lunaires à la surface ou à proximité. Un autre type de séisme lunaire extrêmement superficiel peut être causé par la dilatation et la compression thermiques des roches à la surface ou près de celle-ci lors de la transition entre une nuit lunaire froide et un jour lunaire très chaud, selon la NASA.
Une crête de faille longe la paroi du cratère Slipher, près du pôle Nord lunaire. La falaise mesure environ 20 mètres de haut, soit presque la hauteur d’un immeuble de cinq étages. Cette image du cratère Slipher a été créée en compilant des images de la caméra de la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRC) pour obtenir des cartes topographiques haute résolution appelées modèles numériques d’élévation (MNE). Des logiciels permettent de visualiser les MNE sous tous les angles. NASA/GSFC/Université d’État de l’Arizona.
Les fractures de la croûte lunaire observées par les astronautes d’Apollo et la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA indiquent que la Lune a rétréci au cours d’un passé géologiquement récent et continue probablement de rétrécir aujourd’hui. La Lune s’est formée dans un environnement chaotique, marqué par un intense bombardement d’astéroïdes et de météorites. Ces impacts, combinés à la désintégration d’éléments radioactifs, ont rendu la Lune très chaude. Depuis sa formation, la Lune se refroidit. Ce refroidissement entraîne une contraction de sa surface fragile et des fractures, formant des failles de chevauchement où des portions de la croûte se détachent et font saillie sur d’autres. Les scientifiques estiment qu’au cours des derniers centaines de millions d’années, le diamètre de la Lune a diminué d’environ 50 mètres.
L’astronaute Buzz Aldrin déploie une expérience sismique lors de la sortie extravéhiculaire d’Apollo 11. L’expérience comprenait quatre sismomètres alimentés par deux panneaux solaires. NASA
La compression lunaire provoque des séismes et des failles près du pôle Sud lunaire. Des séismes lunaires superficiels, capables d’induire de fortes oscillations de la surface terrestre dans la région polaire sud, sont possibles suite à des décrochements sur des failles existantes ou à la formation de nouvelles failles inverses.
Alors que la NASA poursuit ses efforts pour envoyer des astronautes au pôle Sud lunaire dans le cadre de sa mission Artemis, les données d’une étude financée par la NASA aident les scientifiques à mieux comprendre cette région stratégique de la Lune. L’étude démontre que des séismes et des failles lunaires, qui se produisent lorsque l’intérieur de la Lune se refroidit et se contracte progressivement, sont également présents à proximité et à l’intérieur de certaines zones identifiées par l’agence comme sites d’atterrissage potentiels pour Artemis III, la première mission Artemis prévue pour un alunissage habité, selon le service de presse de la NASA.
Cette image illustre les zones d’instabilité des pentes prévues dans la région polaire sud. Les modèles reposent sur un glissement de terrain de régolithe d’un mètre d’épaisseur. Les points bleus représentent les pentes les moins instables, les points verts les pentes modérément instables et les points rouges les pentes les plus instables. L’image est centrée sur le cratère Shackleton et le pôle Sud lunaire. Les emplacements des sites d’atterrissage proposés pour Artemis III sont indiqués par des rectangles bleus. Le modèle prédit que de larges portions des parois internes du cratère Shackleton sont susceptibles de subir des glissements de terrain (encart), de même que certaines portions des parois internes du cratère au niveau de la zone d’atterrissage Nobile Rim 1. NASA/LROC/ASU/Smithsonian Institution
«Nos modélisations suggèrent que des séismes lunaires superficiels, capables de générer de fortes secousses au sol dans la région polaire sud, sont possibles en raison de décrochements sur des failles existantes ou de la formation de nouvelles failles inverses», explique Tom Watters, de la Smithsonian Institution à Washington, D.C., principal auteur d’un article sur cette étude, publié le 25 janvier 2024 dans la revue Planetary Science. «La planification de l’emplacement et de la stabilité des avant-postes permanents sur la Lune doit tenir compte de la distribution mondiale des jeunes failles inverses, de leur activité potentielle et du risque de formation de nouvelles failles inverses sous l’effet de la compression globale en cours.»
La caméra de la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), embarquée à bord de la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA, a découvert des milliers de failles de chevauchement relativement petites et récentes, disséminées dans la croûte lunaire. Ces escarpements, semblables à de petites marches à la surface de la Lune, se forment là où des forces de compression déchirent la croûte et la poussent d’un côté de la faille vers le haut, par-dessus l’autre. Cette compression est due au refroidissement de l’intérieur lunaire encore chaud et aux forces de marée exercées par la Terre, entraînant un rétrécissement global de la surface lunaire.
Les escarpements lobés se forment lorsque la croûte lunaire est comprimée par la pression atmosphérique. Ce phénomène provoque la rupture des couches superficielles, créant ainsi des failles inverses. Une faille inverse soulève des matériaux crustaux et recouvre parfois les couches adjacentes. Les glissements le long des failles existantes ou la formation de nouvelles failles inverses sont à l’origine de séismes lunaires superficiels, qui peuvent engendrer de fortes vibrations sismiques à plusieurs dizaines de kilomètres de l’escarpement. Arizona State University/Smithsonian Institution
La formation de failles s’accompagne d’une activité sismique sous forme de séismes lunaires superficiels. Ces séismes ont été enregistrés par le réseau sismologique passif Apollo, un ensemble de sismomètres déployés par les astronautes. Le plus puissant séisme lunaire superficiel enregistré avait son épicentre dans la région polaire sud. L’étude a modélisé un escarpement de faille inverse récent situé sur la marge de Gerlache 2, la zone d’atterrissage proposée pour la mission Artemis III, et a montré que la formation de cet escarpement pourrait être liée à un séisme lunaire de la magnitude enregistrée.
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L’équipe a également modélisé la stabilité des pentes de la surface lunaire dans la région polaire sud et a constaté que certaines zones sont susceptibles de subir des glissements de terrain de régolithe, même sous l’effet de faibles vibrations sismiques, notamment dans des régions constamment à l’ombre. Ces zones présentent un intérêt particulier en raison des ressources potentielles qu’elles recèlent, comme la glace.
«Pour mieux comprendre les risques sismiques liés aux futures activités humaines sur la Lune, nous avons besoin de nouvelles données sismiques, non seulement au pôle Sud, mais aussi à l’échelle mondiale», a déclaré Renee Weber, co-auteure de l’article et chercheuse au Centre de vol spatial Marshall de la NASA à Huntsville, en Alabama. «Les missions spatiales comme la suite sismique Farside permettront de compléter les mesures effectuées lors du programme Apollo et d’enrichir nos connaissances sur la sismicité globale.»
Image mosaïque du complexe d’escarpements lobés de Wiechert (flèches pointant vers la gauche) près du pôle Sud lunaire, prise par la caméra LROC (Lunar Reconnaissance Orbiter Camera) et la caméra NAC (Narrow Angle Camera). L’escarpement, formé par une faille de chevauchement, recoupe un cratère d’effondrement d’environ 1 kilomètre de diamètre (flèche pointant vers la droite). NASA/LRO/LROC/ASU/Smithsonian
«Le projet LRO vise à recueillir des données sur la surface lunaire afin d’aider les scientifiques à comprendre des phénomènes importants comme les failles de poussée», a déclaré Maria Banks, scientifique adjointe du projet LRO au Centre de vol spatial Goddard de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, et co-auteure de l’article. «Cette étude illustre parfaitement l’une des nombreuses façons dont les données de LRO peuvent être utilisées pour préparer notre retour sur la Lune.»
Ces recherches ont été financées par la mission Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA, lancée le 18 juin 2009. Dans le cadre des missions Artemis, la NASA explore la Lune pour faire des découvertes scientifiques, faire progresser la technologie et apprendre comment vivre et travailler sur un autre monde en préparation des missions humaines vers Mars.
L’épicentre de l’un des plus puissants séismes lunaires enregistrés par l’expérience sismique passive Apollo a été localisé au pôle Sud lunaire. Cependant, sa position précise n’a pu être déterminée. La distribution spatiale (points violets et polygone bleu clair) de ce séisme lunaire superficiel de grande ampleur, obtenue grâce à un algorithme de relocalisation adapté aux réseaux sismiques très clairsemés, est concentrée près du pôle. Les rectangles bleus indiquent les emplacements des zones d’atterrissage envisagées pour Artemis III. Les escarpements sous forme de failles inverses lobées sont représentés par de petits traits rouges. La distribution spatiale de l’épicentre englobe plusieurs escarpements lobés et de nombreuses zones d’atterrissage potentielles pour Artemis III. NASA/LROC/ASU/Smithsonian Institution
Les scientifiques travaillent sur des méthodes permettant de déterminer la fréquence des séismes lunaires le long des failles actives.
Les failles sont des fissures dans la croûte lunaire, indiquant que la Lune se contracte lentement à mesure que son intérieur se refroidit. Cette contraction, due à la diminution de la taille de la Lune, provoque des déplacements brusques des failles, générant des séismes. Entre 1969 et 1977, un réseau de sismomètres déployé par les astronautes d’Apollo à la surface lunaire a enregistré des milliers de vibrations dues à ces séismes.
Les séismes lunaires sont rares ; les plus puissants, d’une magnitude d’environ 5,0, se produisent près de la surface. Ces séismes sont beaucoup moins importants que les puissants séismes terrestres (de magnitude 7,0 et plus) et ne présentent que peu de danger pour les astronautes lors de missions de quelques jours seulement. Cependant, leur impact sur les infrastructures permanentes à la surface lunaire peut être considérable. Contrairement à un séisme classique, qui dure de quelques dizaines de secondes à quelques minutes, un séisme lunaire peut durer plusieurs heures, suffisamment longtemps pour endommager ou faire s’effondrer des structures, déstabiliser les lanceurs à la surface ou perturber les opérations sur place.
«La probabilité de danger augmente considérablement en fonction de la proximité de votre infrastructure avec une faille active», a déclaré Thomas Watters, chercheur émérite au Musée national de l’air et de l’espace de la Smithsonian Institution à Washington.
Une simulation informatique illustrant les ondes sismiques générées par un séisme lunaire superficiel sur la faille de Lee-Lincoln, dans la vallée de Taurus-Littrow, sur la Lune. La désignation «A17» indique le site d’alunissage d’Apollo 17. L’enregistrement audio provient d’un sismomètre installé à la surface par les astronautes et capté par le séisme. Le signal sismique a été converti en son. L’audio et la vidéo sont accélérés 10 fois par rapport à une lecture normale. L’image de fond est une mosaïque d’un globe terrestre prise par la caméra grand angle de la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA. Les couleurs rouge et bleue indiquent respectivement la polarité positive (mouvement ascendant de la Terre) et négative (mouvement descendant de la Terre) de l’onde. Nicholas Schmerr
Watters est un chercheur de longue date en géologie lunaire et co-chercheur pour la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA. Récemment, avec Nicholas Schmerr, sismologue planétaire à l’Université du Maryland, à College Park, il a mis au point une nouvelle méthode d’estimation de la magnitude sismique. Cette méthode repose sur l’analyse des déplacements de blocs rocheux et des glissements de terrain dans la région, résultats publiés le 30 juillet 2025 dans la revue Science Advances. De telles recherches pourraient aider la NASA à choisir des sites plus sûrs pour ses équipements lunaires.
Contrairement à un tremblement de terre, qui dure de quelques dizaines de secondes à quelques minutes, un tremblement de terre lunaire peut durer des heures, suffisamment longtemps pour endommager ou renverser des structures, déstabiliser les lanceurs à la surface ou perturber les opérations au sol.
Il existe des milliers de failles sur la Lune qui pourraient encore être actives et provoquer des séismes. Watters et son équipe ont identifié ces failles en analysant les données de la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), qui orbite autour de la Lune depuis 2009, cartographiant sa surface et prenant des images d’une précision sans précédent, révélant des détails tels que des failles, des blocs erratiques et des glissements de terrain.
Pour cette étude, Watters et Schmerr ont décidé d’analyser les modifications de surface causées par les séismes déclenchés par la faille de Lee-Lincoln dans la vallée de Taurus-Littrow. Les astronautes de la NASA, à bord de la mission Apollo 17 qui a atterri à environ 6 kilomètres à l’ouest de la faille le 11 décembre 1972, ont exploré les environs de celle-ci au cours de leur mission.
Cette image de 1972 montre l’astronaute d’Apollo 17, Harrison H. Schmitt, prélevant un échantillon sur un rocher à la base du Massif Nord, dans la vallée de Taurus-Littrow sur la Lune. Ce gros rocher aurait été déplacé par un important séisme lunaire survenu il y a environ 28,5 millions d’années. Ce séisme aurait probablement eu son origine dans un événement sismique le long de la faille de Lee-Lincoln. La photo a été prise par l’astronaute Eugene A. Cernan, commandant de la mission Apollo 17. NASA/JSC/ASU
En étudiant des chutes de blocs et un glissement de terrain que l’on pense avoir été causés par des secousses du sol près de la faille de Lee Lincoln, Watters et Schmerr ont calculé qu’un séisme lunaire de magnitude 3,0 — similaire à un séisme relativement faible — se produit le long de la faille de Lee Lincoln environ tous les 5,6 millions d’années.
«L’une des leçons que nous tirons de l’étude de la faille de Lee-Lincoln est que de nombreuses failles similaires ont probablement connu de multiples séismes sur des millions d’années», a déclaré Schmerr. «Cela signifie qu’elles sont potentiellement encore actives aujourd’hui et pourraient continuer à générer de nouveaux séismes lunaires à l’avenir.»
Les auteurs ont choisi la faille de Lee-Lincoln pour leur étude car elle présentait un avantage unique : les astronautes d’Apollo 17 ont rapporté des échantillons de blocs erratiques de cette zone. En étudiant ces échantillons en laboratoire, les scientifiques ont pu mesurer les modifications de la composition chimique des blocs dues à l’exposition aux rayonnements cosmiques au fil du temps (la surface du bloc est exposée immédiatement après le détachement d’un rocher plus important qui, autrement, le protégerait).
Les informations relatives à l’exposition aux rayonnements cosmiques ont permis aux chercheurs de déterminer depuis combien de temps les blocs erratiques se trouvaient à leur emplacement actuel, ce qui a ensuite permis d’estimer le calendrier et la fréquence probables des séismes le long de la faille de Lee-Lincoln.
Les astronautes d’Apollo 17 ont examiné des blocs erratiques au pied de deux montagnes dans une vallée. Les marques qu’ils ont laissées indiquent que ces blocs auraient pu dévaler la pente après avoir été détachés par un séisme lunaire sur une faille. À partir des dimensions de chaque bloc, Watters et Schmerr ont estimé l’intensité des secousses du sol et la magnitude du séisme qui aurait provoqué leur détachement.
Cette mosaïque de la vallée de Taurus-Littrow a été créée à partir d’images prises par les caméras à angle étroit de la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA. Cette sonde orbite autour de la Lune et l’étudie depuis 2009. L’ancienne vallée, remplie de lave, est traversée par la faille de Lee-Lincoln, visible sous la forme d’une ligne blanche sinueuse s’étendant du massif sud (montagne en bas à gauche) au massif nord (montagne en haut au centre), où la faille change brusquement de direction et rejoint le versant du massif nord. La faille de Lee-Lincoln est à l’origine de nombreux séismes lunaires importants, provoquant des glissements de terrain et des chutes de pierres sur les massifs nord et sud. Le site d’atterrissage approximatif d’Apollo 17 est marqué d’une croix blanche à droite de la faille. NASA/Arizona State University/Smithsonian Institution
L’équipe de recherche a également estimé l’ampleur des vibrations sismiques et des tremblements de terre nécessaires pour déclencher un glissement de terrain majeur qui a provoqué un mouvement rapide du sol à travers le fond de la vallée, suggérant que cet événement a provoqué la rupture qui a formé la faille de Lee-Lincoln.
En tenant compte de tous ces facteurs, Watters et Schmerr ont calculé que les chances qu’un tremblement de terre se soit produit un jour donné pendant le séjour des astronautes d’Apollo 17 étaient de 1 sur 20 millions, ont noté les auteurs.
La NASA prévoit également d’envoyer davantage de sismomètres sur la Lune. Dans un premier temps, la suite sismique Farside Seismic Suite (FSS) déploiera deux sismomètres de haute précision dans le bassin de Schrödinger, sur la face cachée de la Lune, à bord d’un atterrisseur lunaire, dans le cadre du programme CLPS (Commercial Lunar Payload Services) de la NASA. La NASA développe également une charge utile appelée Lunar Environment Monitoring Station (SEMS), en vue d’un éventuel lancement lors de la mission Artemis III vers la région du pôle Sud. Sous la direction de Schmerr, cette charge utile évaluera les risques sismiques pour les futures missions habitées et robotiques dans cette région.
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