Représentation schématique de l'intérieur de la Lune avec un manteau lunaire riche en grenat au-dessus de la limite noyau-manteau, et une image de l'agrégat de manteau lunaire synthétique étudié dans cette étude. Crédit : Centre de recherche en géodynamique, Université d'Ehime
Les chercheurs ont synthétisé des assemblages de roches lunaires riches en grenat pour déterminer si les vitesses du son dans ces compositions correspondent aux profils sismiques de l'intérieur profond de la Lune.
En utilisant des expériences à haute pression, ils ont conclu que la présence de grenat est compatible avec les données sismiques observées à des profondeurs de 740 à 1 260 km, suggérant son rôle important dans la structure et la dynamique de la Lune.
Intérieur de la Lune et présence de grenat
Notre Lune actuelle possède une structure intérieure contenant un noyau métallique central, recouvert d'un manteau composé de minéraux tels que l'olivine et le pyroxène (par exemple le manteau Ol+Px) sous une coquille de croûte (par exemple Wieczorek et al. 2006). Une telle image de l'intérieur de la Lune a été formée à partir d'analyses d'échantillons lunaires de retour et d'enregistrements d'événements sismiques profonds collectés lors de missions vers la Lune (par exemple Weber et al., 2011).
Malgré la richesse de la littérature, il existe encore depuis longtemps un débat sur l'existence du grenat (Gt) dans la partie la plus profonde du manteau lunaire. En réfléchissant à l'existence du grenat, la question centrale posée pour la première fois il y a cinquante ans (par exemple Anderson, 1975) est restée sans réponse : les vitesses du son mesurées en laboratoire dans des agrégats lunaires réalistes contenant du grenat sont-elles compatibles avec les profils sismiques de l'intérieur lunaire profond ?
Méthodologie de recherche et dispositif expérimental
Pour répondre à cette question, les chercheurs d'Ehime ont d'abord synthétisé des assemblages de roches lunaires riches en grenat (échantillon Ol+Px+Gt) à haute pression et à haute température en utilisant l'appareil de presse à enclumes multiples « ORANGE-2000 » au Centre de recherche en géodynamique. Ces échantillons ont ensuite été transportés vers Printemps-8l'installation de rayonnement synchrotron à grande échelle, située dans la préfecture de Hyogo, où des expériences ont été menées sur la ligne de lumière haute pression et haute température BL04B1.
Les chercheurs ont soumis l'assemblage de roches lunaires à des conditions de pression et de température similaires à celles de l'intérieur profond de la Lune, tout en mesurant la vitesse de propagation des ondes sonores dans l'assemblage de roches lunaires. En combinant les résultats de leur expérience avec un élément de modélisation, les chercheurs ont conclu que les vitesses du son dans les assemblages lunaires contenant de grandes quantités de grenat étaient compatibles avec les profils sismiques et de densité de l'intérieur profond de la Lune, entre des profondeurs de 740 à 1260 km.
En outre, ils ont découvert que les assemblages rocheux contenant peu ou pas de grenat sont peu susceptibles d’expliquer les vitesses et densités sismiques observées du manteau lunaire à ces profondeurs.
Conséquences des résultats sur les études lunaires
Ces résultats intrigants ont des implications importantes pour la Lune et sa dynamique intérieure, y compris sa composition et sa formation (par exemple Jing et al., 2022), la température intérieure, ainsi que des implications pour le noyau lunaire et la dynamo lunaire désormais disparue.
