Mots clés : eau, Lune, comète, sonde Clémentine, détecteur de neutron, deutérium - delta D, chondrite carbonée

De l'eau sur la Lune ? Un débat scientifique en cours

Isabelle Daniel

ENS Lyon, Laboratoire des Sciences de la Terre

Philippe Gillet

ENS Lyon, Laboratoire des Sciences de la Terre

Emmanuelle Cecchi

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

01/05/2001

Résumé

L'origine de l'eau sur la Terre et la Lune et les méthodes de mesure utilisées pour analyser la présence éventuelle d'eau sur la Lune. Des données acquises par deux sondes lunaires indiquent une présence d'eau possible sur la lune sous forme de glace. Cependant aucune preuve directe de cette présence d'eau n'a été apportée. Le débat reste d'actualité. Si cette eau existe, on expliquerait sa provenance de l'impact de chondrites carbonées et des comètes. L'origine de l'eau sur Terre est encore débattue. Elle pourrait provenir des chondrites qui ont formées la Terre il y 4.5 Ga, ou des comètes certainement nombreuses lors du bombardement tardif post-accrétion.


La question

« J'ai lu beaucoup d'articles sur la présence d'eau au pôle Nord et sud de la Lune. Certains scientifiques sont très sceptiques et d'autres sont très optimistes disant que oui on a trouvé de l'eau sur la Lune ! »

« Aujourd'hui, est-ce que nous sommes en mesure d'affirmer qu'il y a vraiment de l'eau sur la Lune ? Est-elle comparable à l'eau terrestre ? Quand je regarde une bouteille d'eau minérale, est-ce que je peux dire qu'une proportion de cette eau vient des comètes ? »

La réponse

Pour répondre à votre question, il faut séparer les DONNÉES, MESURES et OBSERVATIONS des PROPOSITIONS ET MODÈLES EXPLICATIFS.

Quel est le problème de l'eau sur la Lune ?

Depuis un siècle, il est facile de calculer la température au fond des cratères polaires lunaires qui ne voit jamais le soleil: environ -200°C. De l'eau, sous forme de glace, pourrait y être stable. Deux sondes ont eu, entre autres missions, d'apporter des éléments de réponse à cette question....

  1. La réflexion des ondes radio au fond des cratères obscurs

    La sonde Clémentine a montré que les pôles lunaires réfléchissaient les ondes radio "comme le ferait" de la glace. Qui plus est, la réflexion varie en fonction de la surface des fonds de cratères toujours obscurs et visés par l'émetteur radio. Cette observation est compatible avec de la glace au fond des cratères, mais d'autres substances peuvent produire le même effet (des sulfures, des métaux par exemple).

  2. Le ralentissement des neutrons

    La deuxième sonde était équipée d'un détecteur/analyseur de neutrons. En effet, la Lune, sans atmosphère ni champ magnétique, reçoit des rayons cosmiques, et de ce fait réemet des neutrons très énergétiques. Or les mesures de la sonde ont montré que les neutrons venant des pôles luna ires sont moins énergétiques. et sont "ralentis". Le meilleur ralentisseur de neutron connu, c'est le deutérium, isotope lourd naturel minoritaire de l'hydrogène. Il semble donc y avoir un corps riche en hydrogène dans les cratères lunaires. L'eau étant la molécule hydrogénée la plus abondante de l'univers..... Des considérations sur le degré de ralentissement des neutrons montre que ce ralentissement est compatible avec une quantité de deutérium contenue dans 109 à 1010 m3 de glace.

  3. Théoriquement pas impossible !

    Cette dernière sonde a volontairement été précipitée dans un de ces cratères polaires, car on espérait que l'impact libérerait de la vapeur d'eau, observable depuis la Terre. L'impact a bien eu lieu, mais rien n'a été détecté ; cependant des études théoriques ont montré que même s'il y avait de la glace, on était à la limite de la détectabilité.

C'est à partir de cette possibilité théorique et des données observationnelles (réflexions des ondes,ralentissement des neutrons) que les scientifiques pensent qu'il est possible, voire probable, qu'il y ait de la glace d'H2O aux pôles lunaires. Mais aucune certitude !

D'où viendrait cette eau lunaire?

De la pluie de chondrites carbonées (contenant jusqu'à 10% d'eau) et des comètes (jusqu'à 80% d'eau). quand un tel objet tombe sur la Lune le jour, l'eau est vaporisée et part dans l'espace. Si elle tombe la nuit, l'eau est aussi vaporisé par l'impact, mais une petite proportion peut retomber "en givre" aux environs. Elle se sublime dès que le jour se lève, sauf si ce givre est retombé au fond d'un cratère jamais éclairé par le soleil, près des pôles.

Et l'eau sur Terre ?

Quand à connaître l'origine de l'eau de la Terre, ce qui est sûr, c'est qu'elle provient soit des chondrites qui se sont rassemblés il y a 4,5 Ga pour former la Terre (une chondrite contient de 0,1 à 10% d'eau, contenue dans des minéraux hydroxylés comme argiles, serpentines ....), soit du bombardement tardif post-accrétion, pendant lequel les comètes devaient être nombreuses. Ainsi nos bouteilles d'eau minérale sont soit du "jus" de chondrites, soit du "jus" de comètes. Les données isotopiques actuelles ne permettent pas de chiffrer correctement la part chondritique et celle due aux comètes, car elles sont pour l'instant assez contradictoires, et aucun modèle simple n'explique toutes les observations.

Ainsi, selon que les spécialistes travaillent plus sur les isotopes de l'H ou de l'O, ils privilégient telles ou telles données, et arrivent à des conclusions différentes. C'est l'état normal d'un débat scientifique en cours... Donc aucune certitude !

Dans mes cours, comme chaque fois que je rencontre un problème, je privilégie telle ou telle donnée en fonction de mes connaissances scientifiques, puis j'indique que je pense que l'eau cométaire est minoritaire, en n'omettant pas de dire que le problème est débattu....

Mots clés : eau, Lune, comète, sonde Clémentine, détecteur de neutron, deutérium - delta D, chondrite carbonée