Sciences de la vie et de la Terre

Comprendre les roches de la lune

02 / 05 / 2008 | Marie-Jeanne Pellerin

 1- S’informer sur la Lune

1.1- World Wind Moon

On peut dans un premier temps, télécharger le logiciel World Wind Moon afin d’aller se promener sur la Lune comme on le fait avec Google Earth sur la Terre. Pour cela, il faut aller sur le site de Nasa World Wind et télécharger l’option World Wind Moon

NDLR : ce logiciel a été présenté —ainsi que google earth— dans l’article sur notre site.

1.2- document en français sur Educnet

Pour tout savoir sur la géologie lunaire, il existe un excellent document en français sur Educnet

1.3- compositions de roches lunaires

Pour trouver des compositions de roches lunaires qui peuvent être modélisées avec le logiciel Magma voir le tableau sur le site de la NASA

 2- Observer la surface de la Lune

Une simple photo de la Lune suffit à observer les deux grands types de zones géologiques.

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Les 2 types de surface lunaire
photo réalisée à ma demande par Michel Grossier et libre de droits pour un usage scolaire non commercial )

L’utilisation de Nasa World Wind permet d’obtenir des observations plus détaillées :

On peut ainsi constater que les mers lunaires ont fort peu de relief et sont pauvres en cratères et les terres lunaires sont couvertes de cratères de forme et de dimensions variées.

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La surface de la Lune
Photo correspondant à un agrandissement de la zone encadrée en rouge sur le doc ci dessus.

On peut traduire ces observations par un schéma de la zone encadrée sur la photo de la lune sur le rebord de Mare Humorum (mer des humeurs). En blanc, les terres lunaires couvertes de cratères de dimensions variées et en gris la mer lunaire qui montre uniquement des petits cratères.

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la surface de la Lune

La zone située près du pôle Sud de la Lune montre la diversité des cratères présents

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Diversité des cratères lunaires

Les petits cratères comme Rittenhouse ont une forme de bol, les cratères moyens comme Neumayer ou Wexler ont un fond plat, les cratères plus grands tels Hale ou Demonax ont un fond plat avec un piton central et enfin les très grands cratères tel Schrödinger ont un fond plat avec un voire plusieurs anneaux centraux… La forme des rebords varie avec la dimension des cratères. Les mêmes variations morphologiques liées à la taille des cratères d’impact peuvent s’observer sur Terre.

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Diversité des cratères lunaires
schématisation de la photo précédente

On peut avec ce type de documents proposer aux élèves un travail intéressant de datation relative des différents cratères qui peut ensuite être confrontée aux résultats de datation absolue des roches lunaires.

L’étude de la nature des roches de la Lune permet de comprendre la différence de couleur observée entre les deux zones et leur datation absolue permet d’expliquer la forme arrondie des mers lunaires et leur pauvreté en cratères.

 3- Les roches de la Lune

Lors des missions lunaires, les roches de ces deux types de zones ont été récoltées, analysées et datées.

3.1- Les basaltes des mers lunaires.

Leur formation résulte de gros impact de météorites qui ont produit des brèches puis ces impacts ont engendré ensuite des coulées de basalte qui ont rempli le vaste cratère ce qui donne cette forme ronde aux mers lunaires, qui sont donc des cratères remplis de basalte, car ce sont des points creux...

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Disposition relative des roches au niveau des mers lunaires

Les basaltes sont à olivine ou à pyroxène.

On trouve des échantillons étudiés au microscope et des photos des lames minces sur le site d’educnet

Ainsi, la lame mince d’un échantillon de basalte rapporté par la mission Apollo 12 et portant le numéro 12002 montre la structure microlithique des feldspaths et des cristaux de pyroxènes et d’olivine.

On peut la schématiser ainsi :

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Schéma d’un basalte lunaire
Schéma Marie-Jeanne Pellerin d’après une lame mince observables sur le site

Pour comprendre les basaltes de la Lune, on peut utiliser deux échantillons de basalte rapportés par la mission Apollo 15.

Composition de 2 basaltes des mers lunaires
Références échantillonAge (datation)SiO2Al2O3FeMgOCaONa2OK2O
Basalte à olivine [1] 3,3.109ans 43,8 8,2 34 9,1 0,2 0
Basalte à pyroxène (KREEP) [2] 3,94.109ans 50,8 14,8 18,7 9,7 0,7 0,7

On peut modéliser ces roches avec magma :
Pour la température, j’ai utilisé la température des basaltes terrestres 1300°C et vitesse de refroidissement choisie est de 7 ;
cela donne un basalte à olivine et un basalte à pyroxène…

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Modélisation de 2 basaltes lunaires avec le logiciel Magma
basalte à olivine ( à gauche) et un basalte à pyroxène ( à droite)

3.2- Les roches des terres lunaires

Une anorthosite à structure grenue rapportée par la mission Apollo 17, on y observe, des feldspaths gris d’anorthite et des pyroxènes jaunes…
Le verre peu abondant et les feldspaths de grande taille témoignent de son refroidissement lent.

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Schéma d’une anorthosite
schéma réalisé d’après lame mince photographiée sur le site

On peut utiliser pour comprendre les roches des terres lunaires celles rapportées par la mission Apollo 17. Elles se présentent sous forme de brèches engendrées par les impacts météoritiques et représentant des échantillons de la croûte lunaire projetés en surface.

Ce sont des roches grenues dont l’essentiel des feldspaths est de l’anorthite.

En fonction de l’abondance des feldspaths et des olivines, on distingue 4 grands types de roches, mais tous les intermédiaires existent. Leur âge moyen est de 4,2.109 ans dans cet exemple.

Composition de 4 roches des terres lunaires
Références échantillonAge (datation)SiO2Al2O3FeMgOCaONa2OK2O
Anorthosite [3] 4,24.109ans ±0,31.109ans 44,5 30 6,4 17,2 0,4 0,1
Norite [4] 4,18.109ans±0,08 .109ans 46 17,9 22 10,8 0,7 0,2
Troctolite [5] 4,26.109ans±0,06 .109ans 42,9 20,7 24,1 11,4 0,2 0
Dunite [6] 4,52.109ans±0,06 .109ans 39,9 1,5 54,9 1,1 0 0

On peut les modéliser avec Magma et constater que les plagioclases sont presque tous de l’anorthite d’où le nom d’anorthosite donnée à la roche presque exclusivement constituée d’anorthite…

Leur composition minéralogique est en gros celle de gabbros… Ces roches à structure grenue attestent que la croûte lunaire a fondu...

La couleur très claire de ces roches riches en feldspaths est responsable de la couleur claire des terres lunaires.

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Modelisation de 4 grands types de roches avec magma
Anorthosite
Norite
Troctolite
Dunite

On peut également essayer d’expliquer la parenté évidente de toutes ces roches. Il suffit d’utiliser la fonction « sédimentation » de Magma en partant de la troctolite.

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fonction « sédimentation » de Magma

Si l’on ajoute l’option grille, on peut mieux comprendre la façon dont a été engendrée cette série de roches.

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l’option grille

On peut découper à l’aide d’un logiciel de traitement de l’image ou la fonction « pince » de Word des zones du modèle avec sédimentation qui correspondent aux différents types de roches.

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« Découpage » de l’image précédente
Mise en évidence de 4 types de roches

Le schéma proposé par les géologues est un classement par densité des minéraux lors de la fusion de la croûte lunaire. Les feldspaths moins denses sont remontés en surface et les pyroxènes et les olivines plus denses sont restés à la base de la croûte.

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Formation de la croûte d’anorthosite
Schéma réalisé d’après les données du site « Geology of the_Moon" »

Davantage d’informations peuvent être trouvées sur le site Geology of the Moon

[115016 - Kushiro

[215386 - Rhodes

[373215 - Bence

[477075 - Norman

[576535- Rhodes

[672415- LSPET

 

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