La découverte de graphène défie la théorie sur l’origine de la Lune

Une vue d'artiste d'un impact entre deux corps célestes. On considère aujourd'hui que la Lune est apparue suite à une collision de ce genre entre la Terre et un autre objet appelé Théia. © NASA / JPL-Caltech.

Des chercheurs chinois ont identifié ce matériau constitué de carbone pur dans les échantillons de la sonde Chang’e 5. Une découverte qui pourrait forcer les planétologues à reconsidérer l’histoire de la Lune.

Sonde

Toute la sphère scientifique a les yeux rivés sur Chang’e 6, la sonde chinoise qui vient de rentrer sur Terre après un voyage historique vers la face cachée de la Lune.

Résultats

Mais en attendant les résultats des premières analyses de ses échantillons, d’autres chercheurs continuent d’étudier ceux qui ont été rapportés par sa grande sœur Chang’e 5 il y a quatre ans. Et ces travaux continuent de produire des résultats fascinants.

Scénarios

Même s’il existe plusieurs scénarios possibles, il est aujourd’hui communément admis que la Lune est née il y a environ 4,5 milliards d’années lors d’une collision cataclysmique entre la Terre et Theia, une protoplanète d’une taille comparable à celle de Mars.

Impact

L’impact aurait arraché une énorme quantité de matériel qui se serait réparti dans un vaste disque orbital avant de se condenser en un nouveau corps céleste. Si cette hypothèse dite de l’impact géant est aussi prévalente depuis la fin du 20e siècle, c’est parce qu’elle est particulièrement cohérente avec les études conduites depuis quelques dizaines d’années.

Échantillons

Par exemple, on sait grâce aux échantillons rapportés par les missions Apollo que notre planète et sa voisine sont étonnamment proches au niveau géochimique.

Isotopes

Les isotopes dont la Lune est composée ressemblent beaucoup à ceux que l’on trouve dans le manteau de la Terre, ce qui pointe vers une origine commune.

Facteur

Un autre facteur important qui a largement contribué à cette théorie, c’est qu’un élément très important manque à l’appel sur la Lune : le carbone.

Élément 

Cet élément est extrêmement abondant sur Terre, et c’est même une composante fondamentale de la vie telle qu’on la connaît. En revanche, la NASA a constaté qu’il était beaucoup moins abondant dans les échantillons d’Apollo, et la théorie de l’impact géant pourrait expliquer cette faible concentration.

Modélisations

En effet, des modélisations de l’événement ont montré qu’un tel impact aurait instantanément vaporisé une immense quantité de matériel pour former une synestia un énorme “donut” de matière pulvérisée en rotation rapide.

Débris

Sous forme de gazeuse, tout le carbone contenu dans les débris se serait entièrement échappé dans l’espace avant que la synestie ne s’agglomère pour former la Lune.

Les différentes phases de la Lune. 

Chercheurs

Pour expliquer le fait que les échantillons de la NASA en contiennent tout de même des traces, les chercheurs ont conclu qu’il provenait sans doute de sources dites « exogènes », comme des météorites.

Théorie

Or, de nouveaux éléments forcent désormais les chercheurs à reconsidérer cette théorie. En 2020, une équipe de chercheurs japonais a montré qu’il existait de petites émissions d’ions de carbone un peu partout sur la Lune (voir ce papier de recherche).

Auteurs

Selon les auteurs, cela suggère qu’il existe des sources de carbone dites « indigènes ». Dans ce contexte, ce terme fait référence à du carbone directement originaire de la Lune, par opposition au carbone exogène mentionné ci-dessus.

Anecdotique

Cela pourrait sembler anecdotique, mais la présence de carbone indigène a des implications assez profondes. cela signifie que les chercheurs devront peut-être affiner le modèle de formation de la Lune qui est globalement accepté aujourd’hui, voire même le reconsidérer entièrement.

Découverte

C’est pour cela que la découverte de graphène dans les échantillons de Chang’e 5 est si excitante, ce matériel est une excellente surface d’attaque pour étudier ces différentes hypothèses. Les chercheurs chinois se sont donc intéressés à la structure des échantillons à petite échelle.

Techniques

À l’aide de plusieurs techniques de microscopie et de spectrométrie, ils ont pu déterminer ce graphène n’était âgé "que" de deux milliards d’années, ce qui est bien plus jeune que la Lune. Et surtout, ils ont constaté que la structure du graphène est cohérente avec des « processus à haute température résultant d’éruptions volcaniques ».

Fer

Selon le SCMP, cela aurait pu permettre au fer contenu dans ces zones relativement riches en carbone d’interagir avec les molécules carbonées.

Catalyse

Plus spécifiquement, cela aurait donné lieu à une « catalyse minérale » susceptible de former du graphène. Ce qui est important, c’est que cela suggère l’existence d’un mécanisme de capture du carbone sur la Lune. Ce dernier pourrait expliquer l’accumulation de carbone indigène dans les sols.

Études

Il faudra conduire d’autres études pour mieux comprendre toutes les nuances de ces phénomènes ainsi que leurs implications. Mais il s’agit déjà d’un point de départ très intéressant. Selon les chercheurs, ces découvertes pourraient bouleverser notre compréhension de la chimie lunaire et, par extension, de son histoire.

Enthousiasmant

Et le plus enthousiasmant, c’est que de nouveaux éléments pourraient très bientôt permettre aux chercheurs d’effectuer de grands progrès sur ces questions.

Sonde

En effet, la toute dernière sonde chinoise, Chang’e 6, vient de rentrer au bercail avec des échantillons tout frais. La différence, c’est que ce matériel provient cette fois de la face cachée de la Lune une région à la fois radicalement différente et très mal connue pour le moment.

Résultats

On peut donc s’attendre à ce que de nouveaux résultats fascinants émergent très rapidement, avec des implications potentiellement profondes pour le futur des sciences planétaires.