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    Le magnétisme de la Lune  
    David Cébron, Michael Le Bars et Mark Wieczorek - Pour la Science, no.424 - 2013-02-01      
    Les échantillons de roches lunaires rapportés par les missions Apollo indiquent que la Lune présentait, dans le passé, un champ magnétique global. Son origine semble très différente de celle du champ magnétique terrestre.  
    La Lune a-t-elle, comme la Terre, un champ magnétique global ? La réponse est non, ce qui s' accorde avec l'image que l'on a de noire satellite, celle d'un astre mort et froid. Mais plusieurs indices montrent qu'il n'en a pas toujours été ainsi. Dans un lointain passé, la Lune a été pourvue d'un champ magnétique. Comment était-il produit ? Et pourquoi a-t-il disparu ? Les mécanismes connus, tels les mouvements de convection qui agitent la partie liquide du noyau de notre planète, ne peuvent pas expliquer le champ magnétique lunaire. Aussi les scientifiques ont-ils proposé d'autres scénarios.  
   

L'ancien champ magnétique global de la lune (ici, une vue d'artiste), est matérialisé par les lignes de champ. Il a aujourd'hui disparu, mais un faible champ résiduel subsiste.

 
   

 

 
L'essentiel  
  • Les roches de la Lune ont une aimantation rémanente qui témoigne de l'existence, dans un lointain passé, d'un champ magnétique global.
  • Le champ terrestre est créé par les mouvements de convection dans le coeur liquide de la planète. Mais cette convection est absente sur la Lune, qui a aussi un noyau liquide.
  • Sur la Lune, l'effet dynamo, source du champ magnétique, serait dû, à un mouvement de précession plus important dans le passé ou à des variatlons de la rotation créées par des impacts de météorites.
 
   

 

 
    Le champ magnétique de la Terre nous protège du bombardement des particules chargées en provenance du Soleil, et contribue à préserver l'atmosphère. La Terre n'est pas un cas unique; de nombreuses planètes - Jupiter, Saturne, Uranus ou Neptune - présentent aussi un tel champ. D'autres astres, tels Mars ou la Lune, semblent a voir eu dans leur passé un champ magnétique global. Dans le cas de la Lune, les échantillons de roche rapportés lors des missions Apollo présentent des traces d'un champ magnétique datant de plusieurs milliards d'années.  
    Une nouvelle analyse de ces échantillons par des techniques modernes, les missions spatiales récentes vers la Lune ainsi que des expériences de laboratoire et des simulations numériques en magnétohydrodynamique - l'étude des fluides conducteurs d'électricité -, permettent aujourd'hui de lever un coin du voile sur la question de l'origine du champ magnétique global de la Lune. Plusieurs scénarios expliquent comment un tel champ a pu être produit et décrivent l'origine de certaines anomalies observées dans la cartographie du champ résiduel.  
   

Mesurer un champ magnétique

 
    Pour mesurer le champ magnétique d'une planète, les astrophysiciens utilisent des magnétomètres embarqués sur des satellites, tel Oersted pour la Terre, ou sur des sondes d'exploration, par exemple Lunar Prospector pour la Lune, Mars Global Surveyor pour Mars ou encore Galileo pour Jupiter. Le champ magnétique d'une planète a deux origines possibles : dynamique, via des mouvements de fluides conducteurs dans l'une des couches internes de la planète (par exemple du fer liquide dans le noyau terrestre), ou statique, via une aimantation figée des roches de son enveloppe externe. Dans le second cas, il s'agit de la rémanence d'un champ magnétique dynamique qui a disparu au cours de l'évolution de la planète.  
    On distingue deux mécanismes responsables d'un champ magnétique dynamique. Le premier est lié à la présence proche d'un autre corps céleste qui crée un champ magnétique ambiant. Ce dernier est dévié paf les mouvements du fluide interne de la planète, ce qui, par un phénomène d'induction, produit un champ planétaire propre. Le second mécanisme de formation d'un champ magnétique, spontané el autoentretenu, s'appuie sur la conversion de l'énergie cinétique des écoulements fluides en énergie magnétique; on parle alors d'effet dynamo.  
    Dans les deux cas, l'intensité et la direction du champ créé présentent de fortes variations temporelles, reliées aux déplacements du fluide conducteur. Cependant, seul un mécanisme de type dynamo est capable d'expliquer un champ magnétique intense comme celui de la Terre. L'effet dynamo est un mécanisme complexe dont la compréhension agite la communauté scientifique depuis plus d'un siècle : l'une des questions fondamentales est d'identifier les mouvements fluides pouvant donner lieu à une dynamo, et le moteur de ces écoulements.  
   

Analyses paléomagnétiques des roches lunaires

 
    Les échantillons de roches anciennes présentant une aimantation rémanente permettent d'obtenir des informations sur Ie champ magnétique présent au moment de son enregistrement dans les minéraux de la roche. L'âge de la roche peut être déterminé par datation radiométrique, ou radiodatations. Cette méthode de datation absolue exploite la variation régulière au cours du temps de la proportion de radio-isotopes des éléments (par exemple l'argon, l'uranium ou le thorium) que contiennent les minéraux d'une roche. Une fois l'âge déterminé, il s'agit de remonter au champ magnétique présent au moment de l'aimantation de la roche. Pour ce faire, l'aimantation rémanente est tout d'abord mesurée avec un magnétomètre de précision. On soumet ensuite l'échantillon a une succession de désaimantations, par exemple par chauffage, et d'aimantations contrôlées sous champ constant afin de construire un abaque - une courbe de référence - de l'aimantation rémanente en fonction du champ magnétique externe imposé. Le report sur cet abaque de l'aimantation initiale fournit alors une mesure du champ magnétique passé.  
   

Cet échantillon de roche lunaire .a été rapporté par la mission Apollo 11 en 1972. Il a été analysé entre autres par I. Garrick-Bethell et ses collègues en 2009. De façon surprenante, cet échantillon a révélé qu'un champ magnétique intense régnait sur la Lune il y a 4.2 milliards d'années.

 
    Si le principe de la mesure est simple, sa mise en application soulève un grand nombre de difficultés. Il faut en particulier s'affranchir des aimantations parasites de l'environnement pour aboutir à une mesure précise et fiable. En outre, l'échantillon peut résulter d'une histoire géologique complexe ou avoir subi des aimantations successives, par choc ou par chauffage.  
   

 

 
    Ainsi, sur Terre, le champ magnétique global est produit par la convection dite thermosolutale, liée à la fois au refroidissement de la Terre et à la solidification progressive de la partie interne du noyau, la «graine». Ce champ est surtout dipolaire, avec des pôles magnétiques Nord et Sud reliés par des lignes de champ selon lesquelles s'alignent les boussoles, par exemple. Mais il présente aussi des fluctuations spatiales et temporelles : il peut parfois s'inverser, le pôle Nord magnétique devenant le pôle Sud, et inversement. La première preuve de l'origine convective de la dynamo terrestre et des renversements associés du champ magnétique a été apportée en 1995 par les simulations numériques des géophysiciens américains Gary Glatzmaier et Paul Roberts. Leur étude a ouvert la voie à de nombreux travaux et modèles de plus en plus élaborés, qui cherchent à reproduire les particularités du champ terrestre ou à expliquer, par un même mécanisme de dynamoconvective, les champs magnétiques actuels de Mercure et de Ganymède (une lune de Jupiter), ou ceux de Mars et de la Lune, aujourd'hui disparus.  
    L'une des particularités de cc mécanisme est le renversement du champ magnétique. Certains minéraux ferromagnétiques, présents au sein des roches terrestres, mettent en évidence ce phénomène. Ces matériaux s'aimantent dans le sens du champ magnétique ambiant et conservent cette aimantation même après la disparition du champ extérieur, On parle d'aimantation rémanente. Ces aimants permanents peuvent acquérir leur aimantation de différentes façons : sur Terre, la plus commune est l'aimantation thermorémanente, acquise lors du refroidissement après un chauffage intense. Une partie du champ magnétique ambiant est enregistrée dans la roche lorsque la température de celle-ci redescend au-dessous d'un certain seuil, la température de Curie.  
   

La roche : témoin d'un champ magnétique

 
    Ce phénomène est à l'origine de l'aimantation des roches volcaniques sur les flancs des volcans ou au niveau des dorsales océaniques. D'ailleurs, en 1963, Lawrence Morley, Frederick Vine et Drummond Matthews ont utilisé l'alternance d'orientation du champ rémanent des roches du plancher océanique atlantique - associé au renversement des pôles - et leur symétrie par rapport à l'axe de la dorsale pour prouver le phénomène d'expansion océanique, un élément clef dans le modèle de la tectonique des plaques.  
    L'aimantation rémanente est aussi utile en archéologie. Les matériaux ferromagnétiques contenus dans les argiles travaillées au feu (céramiques, fours, etc.) enregistrent l'orientation du champ magnétique lors de leur dernier chauffage. En mesurant ce champ rémanent, on parvient alors à dater ces vestiges.  
    À l'échelle d'une planète, les roches réparties à sa surface et présentant une aimantation rémanente produisent un champ magnétique de faible intensité, avec d'importantes fluctuations locales en amplitude et en direction, mais constant dans le temps. C'est ce type de champ magnétique que l'on observe sur la Lune aujourd'hui.  
   

Cartographie du champ rémanent lunaire

 
    Les données obtenues lors des survols de la Lune par les missions spatiales telles que la sonde américaine LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), lancée en 2009, indiquent que le champ magnétique actuel à la surface de la Lune est figé et de faible intensité - il est environ 5'000 fois inférieur au champ magnétique à la surface de la Terre. Il provient donc de l'aimantation rémanente des roches de la croûte.  
    Un champ magnétique rémanent est le vestige d'un champ magnétique global aujourd'hui disparu. Pour que ce champ global ait aimanté la roche lunaire, celle-ci a dû atteindre des températures élevées. Par quel phénomène ?  
   

Cartes du relief et du champ magnétique de la face cachée de la Lune. Ce côté est plus exposé aux bombardements de météorites, qui ont formé de nombreux cratères (à gauche). Le champ magnétique rémanent (à droite) est faible sur l'ensemble de la surface, à l'exception de certaines anomalies qui correspondent à des cratères ou aux antipodes d'un impact de météorite.

 
    L'échauffement ayant conduit à l'aimantation mesurée est attribué aux impacts météoritiques; lors de la chute d'une météorite, la zone d'impact subit une élévation intense de température, avant de se refroidir lentement. Au début, l'agitation thermique empêche la roche de développer une aimantation stable. Mais après une durée qui peut atteindre une centaine de milliers d'années, selon la puissance de l'impact météoritique et la profondeur considérée, la température des roches repasse au-dessous de la température de Curie; l'agitation thermique devient assez faible pour que l'aimantation se fige et s'aligne sur le champ magnétique externe. Le champ rémanent actuel résulte de la superposition de l'ensemble des aimantations enregistrées dans la croûte au fil des multiples impacts qui ont ponctué l'histoire de la Lune; il varie beaucoup sur de petites échelles de distance, et il n'existe aujourd'hui pas de champ global. Le magnétisme rémanent de la croûte ne permettrait donc pas à un astronaute de s'orienter avec une boussole !  
    Les cartes du champ magnétique de la Lune mettent aussi en évidence des régions où le champ rémanent est plus intense, surtout au sein de six grands cratères d'impact ainsi qu'aux antipodes de quatre grands bassins d'impact. L'existence de ces anomalies du champ rémanent peut aussi être expliquée à partir de collisions avec des météorites.  
   

L'aimantation rémanente apparait suite à une collision d'un astéroïde, qui fait fondre la roche en profondeur. Lorsque la température est élevée, le moment magnétique des atomes n'a pas de direction privilégiée. L'agitation thermique empêche les moments de s'aligner sur le champ magnétique global. Après le choc, la température de la roche diminue et passe sous la température de Curie; les moments s'alignent alors tous sur le champ externe.

 
    Les mesures effectuées depuis l'espace fournissent une information instantanée sur l'état actuel du magnétisme rémanent, mais elles ne donnent aucune information sur l'origine du champ magnétique global ; provenait-il de la Lune elle-même ? De la Terre ? Etait-il lié à un mécanisme d'induction ou de dynamo ? Les échantillons de roches rapportés lors des missions Apollo complètent les mesures spatiales et aident à répondre à ces questions. Leur analyse permet de déterminer, par radiodatation, le temps écoulé depuis que la roche s'est solidifiée et d'estimer, par une série de désaimantations et d'aimantations contrôlées, l'amplitude du champ ambiant à l'époque. Ces mesures, en particulier celles réalisées en 2009 par Tan Garrick-Bethell, de l'Université de Californie à Santa Cruz, et ses collègues indiquent que les roches les plus aimantées se sont formées dans un intervalle de quelques millions d'années. il y a environ quatre milliards d'années. en présence d'un champ magnétique intense, compris entre 1 et 100 rnicroteslas (celui de la surface de la Terre est de l'ordre de 50 microteslas). Cette période correspondrait, selon certains scénarios, à une époque où la surface de la Lune était intensément bombardée par des météorites qui ont permis, en faisant fondre les roches d'enregistrer le champ magnétique ambiant.  
   

Les anomalies du champ rémanent

 
    Grâce au bombardement massif par des météorites, les roches ont enregistré le champ magnétique global de la Lune. Les impacts rnétéoritiques permettraient aussi d'expliquer certaines des anomalies magnétiques observées sur la carte du champ rémanent lunaire actuel. Plusieurs zones, situées aux antipodes de certains grands cratères, présentent un champ d'intensité plus élevé.  
    Les simulations numériques réalisées en 2008 par Lon Hood (Université de l'Arizona) et Natalia Altemieva (Université de Tucson, Etats-Unis, et Institut de dynamique de la géosphère de l'Académie des sciences à Moscou) montrent qu'à la suite d'un impact important, un immense nuage de plasma se forme, les particules de matière éjectée acquièrent une charge électrique et leur mouvement crée des courants électriques transitoires ainsi que des champs magnétiques au sein du nuage. Ce dernier, très bon conducteur, est aussi sensible au champ magnétique déjà exisistant (par exemple celui du vent solaire); il l'amplifie soit en concentrant ce champ dans l'onde de choc à la frontière du nuage, soit par confinement entre le nuage et le manteau supérieur lunaire faiblement conducteur.  
    Quand le nuage arrive aux antipodes - en environ une heure -, le champ magnétique peut être amplifié d'un facteur allant jusqu'à 100. En retombant, les débris de roche présents dans le nuage constituent autant de chocs possibles, qui font fondre le sol, lequel enregistre le champ magnétique intense sur une zone réduite.  
    Ce mécanisme explique une partie des anomalies magnétiques observées, mais il n'explique pas l'intégralité de l'aimantation rémanente des roches lunaires. L'existence d'un mécanisme de dynamo interne de la Lune semble indispensable.  
   

 

 
    Un tel champ magnétique, du même ordre de grandeur que celui à la surface de la Terre aujourd'hui, était trop important pour être du à un phénomène d'induction. Ainsi, la Lune était dotée de son propre champ magnétique, produit par un mécanisme de dynamo, dont il reste à expliquer l'origine.  
   

Le mystère de la dynamo lunaire enfin résolu ?

 
    Un premier élément de réponse a été apporté par Renee Weber, du Centre de vol spatial Marshall de la NASA, à Huntsville aux États-Unis, et ses collègues. Ces chercheurs ont repris en 2011 les données sismiques recueillies par les quatre sismomètres déployés sur la Lune lors des missions Apollo. Ces mesures avaient déjà permis, dans les années 1970, d'évaluer l'épaisseur de la croûte lunaire à environ 50 kilomètres et de prévoir l'existence d'une couche riche en métaux à la base du manteau lunaire, En appliquant des méthodes modernes d'analyse, l'équipe de R. Weber a fourni la première preuve de la présence d'un noyau liquide sous la surface lunaire, à 1'400 kilomètres de profondeur. La Lune actuelle, que l'on pouvait croire entièrement solide, possède aujourd'hui encore un cœur liquide de métal conducteur. La température élevée dans le cœur viendrait de la présence d'éléments radioactifs – comme c'est le cas d'une partie de l'énergie entretenant le cœur liquide terrestre. Le liquide conducteur est l'ingrédient principal pour obtenir un effet dynamo. Il faut cependant que le liquide soit parcouru de mouvements turbulents pour créer un champ magnétique.  
    Par analogie avec la Terre, Dave Stegman, de l'Université de Californie à Berkeley, et ses collègues ont proposé en 2003 que la dynamo de la Lune résultait d'un mécanisme de convection. Cependant, du fait de sa petite taille, la Lune s'est refroidie en quelques centaines de millions d'années après sa formation, ce qui il a arrêté tout phénomène convectif ; dans ces conditions, le scénario d'une dynamo par convection est peu réaliste. Pour expliquer une éventuelle dynamo lunaire, il faut trouver une autre source de mouvements dans son noyau.  
   

L'effet dynamo : un défi théorique, expérimental et numérique

 
    Un champ magnétique planétaire de grande échelle est créé grâce aux écoulements des fluides conducteurs d'électricité, tels ceux du noyau liquide terrestre. Ce mécanisme est nommé effet dynamo, car, comme pour la dynamo d'un vélo, un champ magnétique et un courant électrique naissent d'un mouvement, le mécanisme de dynamofluide, proposé par le physicien irlandais Joseph Larmor dès 1919, nécessite des écoulements particuliers et suffisamment vigoureux pour compenser son amortissement par effet Joule - dissipation de l'énergie en chaleur.  
    Malgré de nombreux travaux, ce problème magnétohydrodynamique reste assez mal compris et son étude demeure un défi, que ce soit pour l'approche théorique, expérimentale ou numérique. En fait, les travaux théoriques n'ont pas permis d'obtenir de conditions générales d'existence de I‘effet dynamo. Au contraire, des théorèmes dits antidynamo stipulent que des écoulements trop simples ne produisent pas de champ magnétique. Les écoulements doivent être complexes, et très peu de modèles théoriques ont pu être développés à ce jour.  
   

L'expérience de l'Université du Maryland est constituée de deux sphères imbriquées - la plus grande ayant un diamètre de trois mètres, La géométrie s'approche des conditions régnant au sein d'une planète. Elle devrait permettre de reproduire un champ magnétique du type de celui de la Terre à partir de l'effet dynamo.

 
    A ces difficultés s'ajoute celle de reproduire l'effet dynamo dans une expérience contrôlée. En effet, les fluides très conducteurs utilisables à l'échelle du laboratoire, tels que le mercure ou le sodium, sont dangereux et donc difficiles à manipuler ; le mercure est neurotoxique el le sodium réagit de façon explosive en présence d'eau. Cela impose des mesures de précaution drastiques. Par ailleurs, la force et la complexité des écoulements nécessaires imposent de construire des expériences de grande dimension, mues par de puissants moteurs capables de produire des vitesses d'écoulement importantes.  
    A ce jour, la reproduction de l'effet dynamo fluide n'a été réussie que par trois expériences différentes. Tout d'abord, en 1999, à quelques semaines, d'intervalle, un effet dynamo a été obtenu dans un écoulement contraint pendant quelques dizaines de secondes à Riga, juste avant qu'une fuite de sodium liquide ne mette fin à l'expérience. Un autre effet dynamo a été obtenu à Karlsruhe pendant plusieurs heures. Pour donner une idée des contraintes pesant sur ce type d'expériences, l'ensemble du dispositif de Karlsruhe a nécessité cinq ans d'élaboration, coûté quelque sept millions d'euros et occupait trois étages d'un bâtiment dédié. Enfin, l'expérience VKS (pour Von Karman Sodium), développée par l'Ecole normale supérieure de Paris et celle de Lyon et par le CEA à Saclay, a produit en septembre 2006 la première dynamo fondée sur un écoulement libre et turbulent produit par des disques tournants. Ce dispositif a mis en évidence des renversements du champ magnétique. D'autres projets sont en cours dans le Maryland et à Madison, aux Etats-Unis, et à Dresde, en Allemagne.  
    Enfin, l'étude de l'effet dynamo par le biais de simulations numériques est tout aussi complexe. Elle nécessite la résolution simultanée du système d'équations non linéaires couplées de la magnétohydrodynamique pour des écoulements complexes et rapides. Malgré l'utilisation des méthodes numériques les plus performantes et des supercalculateurs les plus puissants, les régimes de paramètres des planètes et des étoiles restent inaccessibles aux simulations. Ces études ont néanmoins remporté quelques succès tels que la reproduction numérique d'un effet dynamo produit par des écoulements convectifs, de son caractère dipolaire et de ses inversions, comme c'est le cas au sein du noyau terrestre actuel. Plus récemment, en 2005, la simulation d'Andreas Tilgner, de l'Université de Göttingen, en Allemagne, il montré qu'il est possible de créer un effet dynamo à partir de la précession d'une cavité fluide en rotation.  
   

 

 
    En 2011, notre équipe européenne et une équipe américaine ont proposé simultanément, mais de façon indépendante, que l'énergie nécessaire à ces mouvements pouvait être apportée par la rotation de la Lune, suivant une idée proposée dès 1968 par WIlIem Malkus, de l'Université de Californie à Los Angeles. Cependant, il est possible de prouver qu'un mouvement de rotation en bloc d'un noyau liquide, qui suit la rotation du manteau, est trop simple pour amorcer un effet dynamo. Comment obtenir des écoulements intenses et turbulents ?  
    Une première possibilité provient du mouvement de précession de l'axe de rotation de la Lune. Au fil du temps, l'axe de rotation d'une planète ou d'un satellite change lentement de direction, et décrit un cône autour de la perpendiculaire au plan de son orbite. Par exemple, l'axe de rotation de la Terre, incliné d'environ 23 degrés, décrit un tel cône en environ 26'500 ans, ce gui est à comparer aux cinq degrés d'obliquité de la Lune et à sa période de précession de 18,6 ans. La précession d'une planète peut exciter des instabilités hydrodynamiques à l'origine d'écoulements turbulents dans le noyau liquide tout entier, selon l'influence de trois paramètres essentiels : une vitesse de précession élevée, un angle de précession important ou un fort aplatissement aux pôles (comme pour la Terre, la rotation d'une planète sur elle-même déforme la sphère, qui s'aplatit aux pôles et forme un renflement à l'équateur). L'effet dynamo de ce type d'écoulement a été prouvé en 2005 par les simulations numériques de Andreas Tilgner, à l'Université de Göttingen, en Allemagne.  
    En 2011, Christina Dwyer, de l'Université de Californie à Santa Cruz, et ses collègues ont étudié un tel scénario de dynamo par précession dans le cas de la Lune. Leurs résultats montrent que la précession actuelle ne peut alimenter une dynamo lunaire. Mais les conditions de rotation ont pu être différentes par le passé. En effet, la Lune est issue d'une collision gigantesque entre la Terre primitive et un planétoïde de la taille de Mars, survenue 42 millions d'années à peine après la naissance du Système solaire. La lune s'est ensuite formée par accrétion d'une partie dei débris de la collision, éjectés dans l'espace sur une orbite très proche de la Terre.  
    Soumise à des rotations propre et orbitale très rapides ainsi qu'à des forces gravitationnelles intenses exercées par la Terre, la Lune était alors sujette à des mouvements de précession plus marqués, au tour d'un angle d'inclinaison plus grand, voire à des basculements de son axe de rotation.  
   

La dynamo lunaire activée par la précession

 
    Il y a environ quatre milliards d'années, un effet dynamo aurait ainsi persisté pendant quelques centaines de millions d'années, jusqu'à ce que la Lune s'éloigne assez de la Terre et voie ses mouvements de rotation et de précession s'atténuer progressivement, pour finalement atteindre le calme relatif de sa situation actuelle.  
    Les impacts météoritiques pourraient aussi être un vecteur de conversion de l'énergie de rotation de la Lune en déplacements fluides dans son noyau. La Lune a subi de nombreux impacts au cours de son histoire, en particulier durant la période du « grand bombardement tardif » , entre 4,1 et 3,9 milliards d'années. À cette époque, la Lune était déjà, comme aujourd'hui, en rotation synchrone ; elle tourne sur elle-même dans le même temps qu'elle accomplit une révolution autour de la Terre, lui présentant ainsi toujours la même face. Certains cratères lunaires atteignant 700 kilomètres de diamètre ont été produits par des météorites de quelques dizaines de kilomètres de rayon voyageant à plusieurs kilomètres par seconde. Ils témoignent de collisions assez puissantes pour avoir désynchronisé pendant un certain temps la rotation de la Lune autour de la Terre. Par ailleurs, en raison des forces gravitationnelles intenses exercées par la Terre, la Lune a une forme elliptique un peu allongée dans la direction de la Terre. Pour étudier ces phénomènes, notre équipe (Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre à Marseille, Institut de physique du globe de Paris et l'Observatoire royal de Belgique), a utilisé des expériences de laboratoire, des simulations numériques et des modèles théoriques.  
   

Les modèles de dynamo lunaire nécessitent la production de turbulences dans le cœur liquide du satellite. Une possibilité est que, peu après la formation de la Lune, le mouvement de précession - de l'axe de rotation de la Lune, qui décrit un cône - aurait pu être assez intense, avec une forte inclinaison et une vitesse de rotation élevée, pour créer des turbulences. L'équipe des auteurs a mis en évidence une autre possibilité, fondée sur l'instabilité elliptique. La Lune a une forme légèrement elliptique du fait de l'attraction terrestre. Une variation dans la vitesse de rotation, due à la collision avec une météorite, peut créer des mouvements turbulents dans le cœur de la lune. Les données actuelles ne permettent pas de préciser les rôles respectifs de ces mécanismes, qui pourraient d'ailleurs être complémentaires.

 
    En 2011, nous avons montré que dans cette configuration, une désynchronisation sous l'effet d'un impact crée des mouvements fluides qui pourraient avoir excité une instabilité hydrodynamique dite elliptique, rendant l'écoulement turbulent et donc favorable à l'effet dynamo. Le champ magnétique présent sur la Lune il y a quatre milliards d'années aurait ainsi pu résulter d'une succession d'épisodes de dynamo associés aux turbulences dues aux impacts. Le champ magnétique lié à chaque impact aurait alors eu une durée de vie d'une dizaine de milliers d'années, échelle de temps nécessaire à la Lune pour se synchroniser de nouveau.  
   

Des scénarios complémentaires

 
    Ainsi, le champ magnétique lunaire résulte sans doute de mécanismes qui puisent leur énergie dans la rotation de la Lune ou dans les impacts rnétéoritiques. Ces deux modèles de dynamo lunaire sont assez séduisants, car ils expliquent pourquoi le champ magnétique a pu exister dans le passé et avoir aujourd'hui disparu.  
    Loin de s'exclure mutuellement, ces mécanismes sont d'ailleurs compatibles, voire complémentaires. Ainsi, un champ magnétique continu pourrait avoir été engendré par une dynamo de précession, à laquelle se seraient superposées des périodes transitoires où le champ magnétique était plus intense en raison de l'impact d'une météorite. Pour distinguer ces différents mécanismes ou établir leur" chronologie, il faudrait disposer d'un jeu de données paléomagnétiques précis et complet, échantillonné sur toute la surface et sur toute l'histoire de la Lune. Ce qui serait difficilement réalisable.  
    Les différents modèles proposés soulèvent de nouvelles questions. Par exemple, l'origine de l'instabilité hydrodynamique de précession reste mal connue, et la production d'un champ magnétique par ce biais n'a été caractérisée que dans des configurations limitées et peu turbulentes, accessibles aux simulations numériques. Une expérience magnétohydrodynamique visant à compléter ces résultats est actuellement en cours de développement à Dresde, en Allemagne. De même, le modèle de dynamo produit par l'instabilité elliptique est sans doute correct mais il reste à le prouver, par exemple par des simulations numériques. L'absence de symétrie de révolution, hypothèse souvent exploitée pour mener à bien les simulations, impose de développer de nouvelles approches pour aborder la magnétohydrodynamique dans une géométrie ellipsoïdale.  
    Ces différents scénarios, développés pour expliquer le magnétisme lunaire, ont en outre une portée plus générale. Ils montrent que les modèles développés pout comprendre la Terre ne sont pas transposables. Contrairement à ce qui a longtemps été admis, la présence d'un champ magnétique planétaire n'implique pas toujours des mouvements de convection au sein d'une couche fluide interne. Comme pour la Lune, d'autres mécanismes seront sans doute nécessaires pour comprendre les champs magnétiques de Mercure, de Ganymède ou des planètes extrasolaires, voire de certains gros astéroïdes.  
       
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