Le bassin lunaire SPA pourrait receler des fragments du manteau près du pôle sud

Il y a plus de quatre milliards d'années, un impact colossal a creusé sur la face cachée de la Lune une cicatrice plus vaste que l'Inde, le septième pays du monde par sa superficie. Connu sous le nom de bassin Pôle Sud-Aitken (SPA), ce cratère s'étend sur 2 000 à 2 500 kilomètres et demeure le plus grand bassin d'impact confirmé du système solaire. Une nouvelle étude, publiée dans la revue Science Advances, affirme que cet événement cataclysmique est venu du nord, une direction qui bouleverse les interprétations antérieures et pourrait rehausser la valeur scientifique des futures missions Artemis de la NASA.

Pendant des décennies, les scientifiques ont étudié le bassin SPA dans l'espoir d'y trouver des échantillons du manteau lunaire, normalement enfouis sous des kilomètres de croûte. Mais une énigme persistait : d'où venait l'impacteur et où était passée la matière excavée ? « Le bassin SPA est un événement critique dans l'histoire de la Lune. Pourtant, des détails essentiels comme la taille, la nature, la direction de l'impacteur et le sort des éjectas restent incertains », notent les auteurs de l'étude.

Le problème tenait à l'apparence contradictoire du bassin. Sa forme allongée et effilée pointait dans une direction, tandis que certaines caractéristiques de la croûte semblaient en suggérer une autre. Les travaux antérieurs avaient étudié ces indices séparément, mais la nouvelle recherche tente de reproduire la forme du bassin, l'asymétrie crustale et la direction de l'impact dans un seul scénario cohérent. Pour y parvenir, les chercheurs ont créé des simulations 3D haute résolution d'impacts d'astéroïdes géants sur un monde semblable à la Lune, en testant différents angles, vitesses, tailles et structures internes de l'objet entrant.

Un astéroïde de 260 km venu du nord

Un détail clé concernait la différenciation de l'impacteur : en science planétaire, cela signifie que l'objet s'était déjà séparé en couches, avec un noyau métallique dense entouré de matériaux plus légers, à l'image de la Terre. L'équipe a découvert que cette structure interne comptait énormément. Le scénario le plus plausible implique un objet différencié d'environ 260 kilomètres de large, frappant la Lune du nord au sud selon un angle peu prononcé d'environ 30 degrés.

L'astéroïde n'a pas complètement traversé la croûte lunaire. Son noyau dense a plutôt déformé la surface de manière à produire la forme effilée inhabituelle du bassin. La collision s'est déroulée en plusieurs étapes : d'abord, l'objet a projeté de la matière vers l'extérieur à une vitesse prodigieuse, creusant les couches profondes de la Lune. Puis la gravité a pris le relais. Alors que le cratère instable s'effondrait, une partie du bassin a rebondi de manière inégale, soulevant certaines sections plus haut que d'autres. Une grande partie du matériau du manteau éjecté est finalement retombée dans le bassin lui-même plutôt que de s'en échapper.

Les chercheurs ont également testé différentes vitesses d'impact. À 10 kilomètres par seconde, le bassin devenait trop allongé ; à 16 kilomètres par seconde, trop circulaire. Le point idéal se situait près de 13 kilomètres par seconde. Cette vitesse porte un autre indice important : selon l'équipe, l'impacteur provenait probablement de la région de Mars dans le système solaire primitif, plutôt que de la zone Vénus-Terre. En d'autres termes, l'objet qui a remodelé la Lune pourrait être un vestige de la formation des planètes, errant vers l'intérieur depuis la partie externe rocheuse du système solaire.

Un motif d'éjectas en papillon

L'étude s'est également attaquée à l'une des plus grandes questions pratiques pour l'exploration lunaire future : où le matériau du manteau excavé a-t-il atterri ? Les simulations ont révélé un motif d'éjectas frappant, en forme de papillon. Le matériau du manteau s'est répandu sur environ 550 kilomètres au-delà de la bordure du bassin dans la direction aval, et sur environ 650 kilomètres sur les côtés, alors que presque rien n'a été déposé en amont.

Cette découverte est cruciale car les missions Artemis de la NASA ciblent la région polaire sud de la Lune, près de la bordure du bassin. Selon les anciens modèles d'impact sud-nord, la zone d'atterrissage prévue contiendrait peu ou pas d'éjectas du manteau. Cependant, « si un impact nord-sud a produit le bassin SPA, la mission Artemis III pourrait atterrir dans les dépôts d'éjectas contenant du matériau du manteau excavé par l'impact », notent les auteurs de l'étude.

Si les astronautes parviennent à récupérer du matériau contenant du manteau dans le champ d'éjectas du SPA, le gain scientifique pourrait être énorme. Les chercheurs pourraient étudier directement la chimie de l'intérieur profond de la Lune, déterminer quand l'impact géant s'est produit et mieux comprendre comment les mondes rocheux ont évolué dans le système solaire primitif. Les échantillons rapportés de ces régions devraient révéler l'âge du SPA et la composition du manteau lunaire.

Les auteurs reconnaissent que même leurs simulations avancées ne peuvent pas capturer tous les détails à fine échelle de la déformation crustale ou du mouvement des éjectas. Les modèles informatiques d'impacts aussi vastes restent difficiles à réaliser, surtout pour des événements vieux de plusieurs milliards d'années. La prochaine étape pourrait donc ne pas reposer uniquement sur les simulations. Si les futures missions Artemis rapportent des échantillons de la région polaire sud, les scientifiques pourront tester directement si les éjectas riches en manteau prédits sont réellement présents.