La Lune serait née d’une collision survenue entre la jeune Terre et une planète voisine, Theia, formée non pas loin du Soleil, mais dans le système solaire interne. Une analyse poussée de roches terrestres et lunaires révèle que Theia partageait une composition très similaire à celle de notre planète, remettant en question les théories antérieures.
Il y a environ 4,5 milliards d’années, la Terre primitive a été percutée par un corps céleste de la taille de Mars. Les débris de cet impact cataclysmique ont donné naissance à la Lune. L’origine et la composition de Theia, ce mystérieux impacteur, restaient jusqu’à présent largement inconnues. Une équipe internationale de scientifiques a réexaminé les signatures chimiques de cette collision primordiale en analysant des échantillons de roches terrestres et lunaires, collectés par les missions Apollo.
Les chercheurs ont étudié 15 roches terrestres et six échantillons lunaires, en se concentrant sur les isotopes de métaux tels que le fer, le chrome, le molybdène et le zirconium. Les isotopes sont des variantes d’un même élément, différant par leur nombre de neutrons et donc par leur poids. Leur répartition dans le jeune système solaire n’était pas uniforme, ce qui permet de déterminer si une planète s’est formée près du Soleil ou plus loin.
Les mesures isotopiques révèlent une quasi-identité entre la Terre et la Lune en ce qui concerne les isotopes du fer. Cette similitude suggère que les deux corps célestes proviennent de sources étroitement liées. L’analyse de l’intérieur de la Terre est particulièrement instructive : la majeure partie du fer s’est concentrée dans le noyau terrestre très tôt dans son histoire. Le fer présent dans le manteau terrestre a donc dû être ajouté ultérieurement, potentiellement lors d’impacts comme celui avec Theia. Les roches que l’on trouve aujourd’hui à la surface seraient ainsi un mélange de matière terrestre originelle et de débris provenant de Theia.
Pour déterminer la composition la plus probable de Theia, les scientifiques ont réalisé de nombreuses simulations informatiques, en variant la taille de l’impacteur et la composition de la Terre primitive. Ils ont ensuite comparé les résultats avec les données disponibles sur les météorites, considérées comme des vestiges des différentes régions du système solaire primitif. Le scénario le plus plausible est celui où la Terre et Theia se seraient formées dans le système solaire interne, plus près du Soleil que l’orbite terrestre actuelle.
« Le scénario le plus convaincant est celui dans lequel la plupart des éléments constitutifs de la Terre et de Theia proviennent de la région intérieure », explique Timo Hopp, co-auteur de l’étude, de l’Institut Max Planck. Selon ce modèle, les deux protoplanètes étaient voisines avant que leurs orbites ne se croisent.
Les modèles isotopiques attribués à Theia ne correspondent pas entièrement aux types de météorites connus, ce qui suggère que sa formation impliquait des matériaux que nous ne connaissons qu’indirectement à travers leur signature isotopique.
Bien que cette étude ne résolve pas tous les mystères entourant la formation de la Lune, elle réduit considérablement le nombre de scénarios possibles. Les mécanismes précis de mélange des matériaux terrestres et de Theia lors de la collision, ainsi que la vitesse de formation de la Lune à partir du nuage de débris, restent à déterminer. Il est désormais plus clair que le corps impacteur provenait d’une région spécifique du système solaire.
Ces résultats soutiennent l’idée que les planètes intérieures du système solaire se sont formées à partir d’une zone commune de composition similaire. Ils permettent également de mieux comprendre la similarité chimique entre la Terre et la Lune. Cette compréhension est cruciale pour reconstituer les débuts de l’histoire de la Terre : une partie du fer présent dans le manteau terrestre et d’autres métaux pourrait provenir directement de Theia, un ancien voisin aujourd’hui disparu.
Les données obtenues ouvrent de nouvelles perspectives pour les futures missions lunaires. Des mesures plus précises d’autres éléments pourraient permettre de préciser davantage le rôle de Theia. Chaque nouvel échantillon de roche lunaire représente une fenêtre sur une planète perdue qui orbitait autrefois aux côtés de la jeune Terre.
