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    L'origine de la Lune (suite)  
    noAuteur - La Recherche 184 - 1987-01-01      
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hypothèse 1   L'hypothèse la plus ancienne sur l'origine de la Lune est celle de la fission, hypothèse selon laquelle la Lune se serait détachée de la Terre, à une époque où celle-ci tournait trop vite pour rester stable. Aujourd'hui, un tel scénario peut être étudie grâce à des simulations par ordinateur. C'est ce que nous montre cette figure sur laquelle est représentée l'évolution dans le temps d'un modèle de Terre fluide en rotation rapide. On observe au début que le corps d'origine commence à se scinder en deux (phases A et B), mais on remarque ensuite la croissance de bras spiraux dans les couches extérieures (phases C et D) qui, en accaparant une bonne partie du moment cinétique, forcent le système binaire central à se ressouder (phase E). Les bras spiraux s'éloignent ensuite pour former un anneau de matière autour du corps initial (phase F). La Lune aurait pu se former ultérieurement à partir de cet anneau, mais ce modèle ne peut être retenu car les calculs sont fondés sur une Terre fluide. Or, au moment de sa formation, la Terre était probablement un corps partiellement fondu de viscosité moyenne (de l'ordre de 1015 poises). Si l'on introduit cette donnée dans le modèle numérique on s'aperçoit alors que la tendance à : la fission disparaît complètement.  
hypothèse 2   Prenant en compte la viscosité de la Terre, on peut simuler par ordinateur l'évolution dans le temps d'un modèle de Terre visqueuse en rotation rapide. On s'aperçoit, comme nous le montre cene figure, que, au lieu de se scinder en deux corps, la Terre se serait dépouillée d'un anneau de matière à l'équateur. Cet anneau aurait pu donner naissance à la Lune, comme dans le modèle illustré dans la figure 2. Mais cette hypothèse ne peut être retenue cat elle suppose un moment cinétique nettement supérieur à celui du système Terre-Lune actuel.  
hypothèse 3   Dans l'hypothèse dite de l'accrétion binaire, une première ébauche de la Terre, ou prototerre, se trouve à proximité de planétoïdes qui entrent en collision les uns avec les autres. Ces planétoïdes sont peu à peu capturés par la prototerre et restent en orbite autour d'elle, engendrant un essaim. Si le nombre de planétoïdes est suffisant, ceux-ci entreront en collision avec d'autres planétoïdes et la quantité de matière de l'essaim sera sans cesse alimentée. Si l'essaim de planétoïdes acquiert un moment cinétique suffisant, il prendra la forme d'un mince anneau dans le plan équatorial de la prototerre comme le montre cette figure. De même que dans les hypothèses précédentes, la Lune se serait progressivement formée à partit de cet anneau de matière, c'est ce qu'illustre l'embryon de Lune, ou protolune, représenté sur la figure. Cette hypothèse rend bien compte de la composition chimique de la Lune, mais elle doit cependant être éliminée car le moment cinétique total du système ne serait pas suffisant pour empêcher que l'essaim en rotation autour de la Terre ne retombe sur la Terre.  
hypothèse 4   Plusieurs hypothèses sur l'origine de la Lune sont fondées sur la capture de la Lune par la Terre. Parmi ces hypothèses l'une des plus connues propose la dislocation par effet de marées d'un, première ébauche de Lune ou protolune (en fait un gros planétoïde). Cette protolune (A sur le schéma plus massive que la Lune actuelle aurait pénétré à l'intérieur de ce qu'on appelle la limite de Roche région à l'intérieure de laquelle tout corps esr désagrégé par les forces de marées (B et C sur le schéma) La limite de Roche pour la Terre correspond à environ trois rayons terrestres. La protolune disloquée s serait transformée en un nuage de débris appauvris en éléments volatils. Une partie de ces débris se serait échappée de l'attraction terrestre, une autre partie serait tombée sur la Terre, enfin une dernière partie serait restée en orbite autour de la Terre (D sur 1e schéma) pour engendrer la Lune (E sur le schéma).  
hypothèse 5   Des simulations par ordinateur permettent aujourd'hui d'éliminer l'hypothèse de la capture illustrée sur la figure précédente. En effet, le gros planétoïde qui serait passé à proximité de la Terre ne pouvait avoir subi une fusion complète et était donc assez visqueux. De plus il ne se serait trouvé dans la limite de Roche que pour quelques heures. Si l'on intègre ces données dans le modèle, la simulation montre alors que le planétoïde ne peut être désagrégé par les forces de marées. C'est ce qu'illustre cette figure avec les étapes de la désagrégation avortée du planétoïde. Les flèches sont orientées vers la Terre qui n'est pas représentée. Du fait de la viscosité du planétoïde, seule une petite fraction de sa masse (D) est perdue lors de son passage à proximité de la Terre - Le mécanisme de fragmentation par les marées ne permet donc pas d'obtenir une quantité suffisante de matière en orbite terrestre pour donner naissance à la Lune.  
hypothèse 6   Plus récemment une nouvelle hypothèse a été émise selon laquelle la Lune serait issue de la collision entre une Terre en formation, ou prototerre et un embryon d'une autre planète ou protoplanète. C'est ce qu'illustre cette figure sur laquelle on peut voir la protoplanète (en A), dont la masse est équivalente à celle de la planète Mars, se précipiter violemment sur la prototerre. La collision (en B) aurait été d'une extrême violence et les débris, provenant à la fois de la prototerre et de la protoplanète, auraient été projetés en partie en orbite autour de la Terre (en C) formant ensuite un disque d'accrétion (en D) à partir duquel se serait ensuite formée la Lune (en E).  
hypothèse 7   Des simulations détaillées permettent aujourd'hui de tester l'hypothèse de l'impact géant illustrée sur la figure précédente. Celle représentée ici nous montre les étapes successives d'une collision à la vitesse de 11 kilomètres par seconde entre la Terre (au centre) et un corps sept fois moins massif (en haut à droite). Au début, les deux corps possèdent un noyau riche en fer (représente en violet) entouré d'un manteau silicaté (en rouge). On a par la suite figuré en dégradé les couleurs dans k manteau en fonction de l'énergie interne, en allant du rouge (basse énergie) au bleu (haute énergie). Cela permet de visualiser le déplacement du front de l'onde de choc. Le temps écoulé à partir du début de l'impact est donné pour chaque instantané en haut à gauche en heures. La variation de la taille de la Terre vers la fin de la séquence est due à des changements d'échelle. Ceux-ci entraînent par ailleurs une surexposition de la Terre dans les trois derniers clichés, d'où sa teinte blanche. On peut constater que, après la collision, la planète incidente, partiellement désagrégée, se disperse dans l'espace. Une partie des débris se ressoudent alors pat autogravitation; 2,26 heures après le début de l'impact, le noyau est complètement séparé du manteau. Environ 4 heures après le début de la collision, le noyau heurte de nouveau la Terre pour être absorbé par celle-ci, laissant en orbite un fragment silicaté de masse presque égale à ce)le de la Lune. Tout cela en moins de 24 heures ! L'évolution ultérieure de ce fragment reste incertaine car il se trouve à proximité de la limite de Roche. S'il était trop freiné par la présence de gaz, il pénétrerait à l'intérieur de cette zone, serait détruit et il y aurait formation d'un disque d'accrétion protolunaire. Aujourd'hui, ce modèle de l'impact géant apparaît comme le plus plausible car il est le seul à répondre aux contraintes imposées par les données des missions Apollo et par les études théoriques.  
       
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