Les anomalies gravitationnelles à la surface de la Lune (taches bleues dans la carte ci-dessus), correspondraient à des zones où le titane s’est enfoncé dans le manteau.

Les anomalies gravitationnelles à la surface de la Lune (taches bleues dans la carte ci-dessus), correspondraient à des zones où le titane s’est enfoncé dans le manteau.

1 À la suite de l’impact entre une protoplanète et la Terre jeune qui a formé la Lune, cette dernière était un océan de magma, qui s’est progressivement refroidi. Les derniers magmas à avoir cristallisé étaient ceux enrichis en titane, pris en sandwich entre la croûte complètement cristallisée et le manteau en cours de cristallisation. En se solidifiant, les roches enrichies en titane, plus denses que le manteau en dessous, ont migré vers le noyau de la Lune où elles ont été chauffées et sont ensuite remontées. C’est ce que l’on appelle le « retournement du manteau lunaire ».

2 Mais ce modèle, élaboré dans les années 1960-1970, a un défaut : il ne dit pas pourquoi le titane est surtout concentré sur la face visible de la Lune. En 2022, Nan Zhang, chercheur à l’université de Pékin, a proposé un scénario : l’impact géant qui a créé le cratère Aitken, situé à l’exact antipode de la face visible, a perturbé le mouvement du titane pendant le retournement du manteau. Cet impact a entraîné une instabilité (thermique et chimique) dans le manteau de la face cachée, qui a engendré la migration des roches riches en titane vers la face visible en seulement quelques dizaines de millions d’années. Après avoir migré vers la face visible, le métal s’est enfoncé dans les profondeurs du manteau. Par la suite, une partie de ce titane est remontée et une autre est restée piégée en s’enfonçant à cause de la solidification du manteau lunaire.

3 La distribution finale du titane dépend de la viscosité du manteau lunaire. Mais celle-ci n’était pas connue. Nan Zhang et ses collègues ont donc produit une variété de cartes représentant la position des roches riches en titane sous la surface selon différentes valeurs de la viscosité. Adrien Broquet, du centre spatial allemand (DLR) à Berlin, et ses collègues ont alors constaté que, pour l’une d’entre elles, la répartition du titane correspond exactement aux anomalies gravitationnelles décelées par les deux satellites Grail.

4 Entre 2011 et 2012, ces deux satellites ont orbité autour de la Lune pour en cartographier l’attraction gravitationnelle. En passant au-dessus d’une masse importante, comme une montagne, ils étaient sensiblement attirés et ont accéléré. Ils étaient aussi capables de déceler la présence de roches très denses cachées sous la surface. On parle dans ce dernier cas d’« anomalies gravitationnelles ». Or ces dernières dessinent un hexagone qui encadre la face visible. « Nous avons montré que la position de ces structures coïncide extrêmement bien avec l’endroit où, pour une viscosité donnée, le modèle de Nan Zhang prédit la présence de roches enrichies en titane qui ont plongé dans le manteau », explique Adrien Broquet. Grail aurait donc détecté les vestiges de ces coulées de roches riches en titane, qui ont commencé à plonger il y a 4,5 milliards d’années, et qui sont restées bloquées au fur et à mesure que la Lune était en train de refroidir et de se solidifier. Un résultat qui confirme donc l’idée que la migration a dû s’effectuer lors du retournement, et qui permet de contraindre la valeur de la viscosité, de la température, et de la composition du manteau lunaire peu après sa formation.