Ce n'est qu'en 1959 que l'Humanité a, pour la première fois, pu observer la face cachée de la Lune. En raison de sa rotation synchrone avec la Terre, notre satellite nous présente en effet toujours que le même côté, que nous connaissons par cœur : une surface blanche entachée de vastes plaines sombres. Alors, quand la sonde soviétique Luna 3 est pour la première fois passée de l'autre côté de la Lune pour en prendre des photos, la surprise a été totale. Au lieu de trouver un paysage similaire à celui de la face visible, les scientifiques ont en effet découvert un terrain beaucoup plus accidenté et cratérisé, sans les typiques « mers » lunaires.

Plus tard, de nombreuses études montreront qu'au-delà de cet aspect différent entre les deux faces, la Lune présente également une forte dichotomie structurelle : sa croûte est en effet bien plus épaisse du côté caché que du côté visible.

La face cachée de la Lune est très différente de sa face visible. On note l'absence des grandes mers lunaires. © Manuel Mata, Adobe Stock

Une Lune avec deux visages différents

L'origine de cette dichotomie a depuis fait l'objet de multiples études. Plusieurs hypothèses ont ainsi été suggérées pour expliquer que la Lune n'est pas uniforme. Si pour certains chercheurs, elle est liée à la formation initiale de la Lune, pour d'autres il faut l'associer à une collision géante, à l'effet de marée induit par la Terre ou encore à une asymétrie thermique du manteau lunaire. Aucune de ces hypothèses ne fait pour l'instant consensus et il est probable que plusieurs causes se soient combinées.

Une nouvelle étude s'est penchée sur la question, en se basant sur l'analyse de roches rapportées par la sonde chinoise Chang'e 6, qui a exploré la face cachée de la Lune. Les échantillons ont été collectés dans un gigantesque bassin d'impact. Il s'agit du bassin South Pole-Aitken, un cratère d'impact immense survenu suite à une collision il y a 4,2 à 4,3 milliards d'années et qui couvre près d'un quart de la surface totale de la Lune. Cela en fait l'un des plus anciens et des plus grands cratères d'impact du Système solaire ! L'objectif de cette étude était donc de voir à quel point cet impact avait pu modifier la chimie du manteau lunaire.

Carte topographique du bassin Pôle Sud-Aitken (South Pole-Aitken) à partir des données de Kaguya. © Ittiz, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0 

Une différence de composition chimique, et pas n’importe laquelle

Quatre minuscules fragments de basalte ont ainsi été analysés avec une très grande précision. Les résultats, publiés dans la revue Pnas, ont été comparés aux échantillons collectés auparavant sur la face visible par les missions Apollo et Chang’e 5. Ils révèlent que les isotopes du potassium trouvés sur la face cachée sont bien plus lourds.

Le potassium est un élément modérément volatil que l'on trouve dans les roches du manteau lunaire et qui se vaporise sous l'effet de la chaleur. Or, cette vaporisation concerne principalement les isotopes légers. La forte présence d'isotope lourd (⁴¹K) dans les échantillons du bassin d'impact laisse donc penser que le choc a été si puissant qu'il a fait fondre le manteau lunaire, vaporisant les isotopes légers du potassium, notamment le ⁴⁰K, qui est radioactif.

Le fait que le manteau de la face cachée ait été appauvri en potassium radioactif pourrait donc expliquer pourquoi ce côté de la Lune a ensuite présenté un volcanisme bien moins intense que la face visible. Pour les chercheurs, auteurs de l'étude, ces « résultats apportent des preuves solides qu'un impact majeur a pu entraîner des modifications chimiques au sein du manteau lunaire, et démontrent que les très grands impacts auraient pu jouer un rôle clé dans la création de l'asymétrie lunaire ».

Toutefois, ces résultats ne reposent que sur une toute petite poignée d'échantillons. De nouvelles études sont donc attendues pour les valider !