De nombreuses personnes nous ont approchés au fil des ans pour savoir si une roche qu’elles possèdent est une roche lunaire. L’histoire la plus courante que nous entendons est que la roche a été donnée à un proche dans les années 1970 par un astronaute, un militaire ou un agent de sécurité de la NASA. Nous avons testé chimiquement plusieurs de ces pierres et aucune n’était une pierre lunaire. D’autres personnes pensent avoir trouvé une météorite lunaire. Aucun des nombreux échantillons qui nous ont été envoyés n’a été une météorite lunaire, sauf ceux des marchands de météorites, des personnes qui ont acheté des météorites lunaires à un marchand, ou ceux de prospecteurs de météorites expérimentés qui les ont trouvés dans les déserts d’Afrique du Nord ou d’Oman.

Aucune météorite lunaire n’a encore été trouvée en Amérique du Nord, en Amérique du Sud ou en Europe. Elles existent sans doute, mais la probabilité de trouver une météorite lunaire dans un environnement tempéré est incroyablement faible. De nombreux collectionneurs de météorites expérimentés ont cherché et aucun n’a encore réussi. En réalité, la probabilité qu’un amateur trouve une météorite lunaire est si faible que je ne peux pas soulever beaucoup d’enthousiasme pour examiner les milliers de roches et de photos qu’on m’a demandé d’examiner. Si je voulais trouver moi-même une météorite lunaire, je ne parcourrais pas le désert de Mojave. Je chercherais dans les collections de roches des collèges et des universités. Il n’est pas déraisonnable qu’une météorite lunaire existe dans un vieux tiroir quelque part parce qu’un étudiant ou un professeur de géologie à l’œil vif a trouvé une roche à l’aspect bizarre il y a des années dans un endroit où elle n’avait pas sa place. Je ne serais pas surpris d’apprendre qu’un “expert” a proclamé que la roche n’était pas une météorite parce qu’elle ne ressemblait pas à une chondrite ordinaire, qu’elle n’attirait pas un aimant ou qu’elle ne contenait pas une forte concentration de nickel. Tant sur le plan visuel que sur celui de la composition, les météorites lunaires “ressemblent” davantage à des roches terrestres (Terre) que les météorites “normales” (chondrites ordinaires). Il serait facile de ne pas voir une météorite lunaire. Une météorite lunaire altérée aurait l’air remarquablement banale.

J’aborde ici certains aspects de la géologie, de la minéralogie et de la chimie lunaires qui nous guident dans nos tentatives d’identification du matériel lunaire.

Minéralogie lunaire

Seulement quatre minéraux – le feldspath plagioclase, le pyroxène, l’olivine et l’ilménite – représentent 98-99% du matériel cristallin de la croûte lunaire. (Le matériau de la surface lunaire contient une forte proportion de matériau non cristallin, mais la plupart de ce matériau est du verre formé par la fusion de roches contenant les quatre principaux minéraux). Les 1 à 2 % restants sont en grande partie constitués de feldspath potassique, de minéraux oxydés tels que la chromite, le pléonaste et le rutile, de phosphates de calcium, de zircon, de troïlite et de fer métallique. De nombreux autres minéraux ont été identifiés, mais la plupart sont rares et ne se présentent que sous forme de très petits grains interstitiels aux quatre minéraux principaux et ne peuvent être vus à l’œil nu.

Certains des minéraux les plus courants à la surface de la Terre sont rares ou n’ont jamais été trouvés dans les échantillons lunaires. Il s’agit notamment du quartz, de la calcite, de la magnétite, de l’hématite, des micas, des amphiboles et de la plupart des minéraux sulfurés. De nombreux minéraux terrestres contiennent de l’eau dans leur structure cristalline. Les micas et les amphiboles en sont des exemples courants. Les minéraux hydratés (contenant de l’eau) n’ont pas été trouvés sur la Lune. La simplicité de la minéralogie lunaire me permet souvent d’affirmer avec une grande confiance “Ce n’est pas une roche lunaire”. Une roche qui contient du quartz, de la calcite ou du mica comme minéral primaire ne provient pas de la Lune. Certaines météorites lunaires contiennent en effet de la calcite. Cependant, la calcite s’est formée sur Terre lors de l’exposition de la météorite à l’air et à l’eau après son atterrissage. La calcite est un minéral secondaire, qui remplit les fissures et les vides (voir Dhofar 025). Les minéraux secondaires sont faciles à reconnaître lorsque la météorite est étudiée au microscope.

pyroxène – Un groupe de silicates de magnésium-fer-calcium, commun sur la Terre et la Lune.

clinopyroxène – Une forme de pyroxène ; contient généralement un peu de calcium ; le plus commun dans les basaltes de mare .

orthopyroxène – Une forme de pyroxène ; contient peu de calcium ; le plus commun dans les roches des hautes terres .

olivine – Un silicate de magnésium-fer(II) ; commun sur la Terre et la Lune .

ilménite – Un oxyde de fer(II)-titane ; plus commun dans les basaltes lunaires que dans les basaltes terrestres .

feldspath – Un groupe de minéraux alumino-silicatés ; commun dans les croûtes de la Terre et de la Lune.

plagioclase – Une forme de feldspath ; un alumino-silicate de calcium-sodium .

anorthite – Un minéral ; l’extrême riche en calcium du feldspath plagioclase ; le minéral le plus commun de la croûte lunaire, mais pas aussi commun sur Terre.

anorthosite – Une roche constituée principalement d’anorthite.

Rocks lunaires – Brèches

La majeure partie de la croûte lunaire, cette partie appelée le terrane des hautes terres feldspathiques ou simplement les hautes terres feldspathiques, est constituée de roches riches en une variété particulière de feldspath plagioclase appelée anorthite. Par conséquent, les roches de la croûte lunaire sont dites anorthositiques parce qu’elles sont riches en plagioclase et portent des noms comme anorthosite, anorthosite noritique ou troctolite anorthositique (voir le tableau ci-dessous). Le rapport entre les minéraux ferrugineux et le plagioclase augmente probablement avec la profondeur dans les hautes terres feldspathiques à la plupart des endroits. Par exemple, les roches exposées dans le bassin d’impact géant du pôle Sud – Aitken sur le côté lointain sont plus riches en pyroxène que les hautes terres feldspathiques typiques.

nom de la roche	minéralogie
anorthosite	>90% plagioclase
anorthosite noritique et norite anorthositique	60-90% plagioclase, le reste principalement de l’orthopyroxène
anorthosite gabbroïque et gabbro anorthositique	60-90% plagioclase, le reste principalement du clinopyroxène
anorthosite troctolitique et troctolite anorthositique	60-90% plagioclase, le reste principalement olivine
norite	10-60% plagioclase, le reste principalement orthopyroxène
gabbro	10-60% plagioclase, le reste principalement du clinopyroxène
troctolite	10-60% plagioclase, le reste principalement de l’olivine

Dans une grande partie du quadrant nord-ouest de la face proche de la Lune, dans la région connue sous le nom de terrane Procellarum KREEP, la croûte contient moins de plagioclase et plus de pyroxène. Les roches originelles de cette croûte anormale étaient probablement principalement des norites et des gabbros. La croûte feldspathique de la Lune a commencé à se former il y a environ 4,5 milliards d’années. Pendant sa formation et pendant un certain temps après, elle a subi un bombardement intense de météorites et d’astéroïdes. Les roches de la croûte lunaire ont été brisées à plusieurs reprises par certains impacts et recollées par d’autres impacts. En conséquence, la plupart des roches des hauts plateaux lunaires sont des brèches (brech’-chee-uz), un mot désignant une roche composée de fragments de roches plus anciennes. Les brèches existent sur Terre, mais elles sont beaucoup moins fréquentes que sur la Lune. De plus, la plupart des brèches terrestres n’ont pas été formées par des impacts de météorites mais par des failles. Les brèches lunaires sont subdivisées en plusieurs catégories : brèches d’impact, granulitiques, vitreuses, fragmentaires et régolithiques. Dans les brèches d’impact-fonte et vitreuses, des fragments de roche appelés clastes sont en suspension dans une matrice de fusion solidifiée (cristalline ou vitreuse) formée par l’impact d’une météorite.

Plus d’informations sur les brèches lunaires et les roches sosies terrestres.

Dans les brèches fragmentaires et régolithiques, il y a peu ou pas de partie fondue, juste des débris fragmentaires qui ont été lithifiés (formés en roche) par la pression de choc d’un impact. Comme brèche fait référence à la texture et anorthositique ou feldspathique fait référence à la minéralogie, les roches des hautes terres lunaires sont diversement appelées brèches anorthositiques, brèches feldspathiques ou brèches des hautes terres. Comme la croûte lunaire a été si intensément malmenée, les missions Apollo ont recueilli très peu de roches de la taille d’une main qui soient des vestiges non bréchifiés de la croûte ignée primitive de la Lune. Il n’est donc pas surprenant que toutes les météorites lunaires du terrane des hautes terres feldspathiques et du terrane Procellarum KREEP soient des brèches.

Roches lunaires – basaltes de marée

Sur Terre, les volcans sont souvent des montagnes en forme de cône car ils sont un amas de cendres et de laves éjectées d’un évent. Les laves sont visqueuses et se solidifient avant de s’écouler très loin. En raison de leur composition riche en fer et de leur manque d’eau, les laves lunaires étaient beaucoup moins visqueuses, ressemblant davantage à de l’huile de moteur. Lorsque les laves lunaires ont fait éruption à la surface, elles n’ont pas formé de volcans, elles ont simplement coulé et rempli les points bas. Par conséquent, les dépôts de lave lunaire sont plats, minces et couvrent de larges zones. De plus, comme la Lune n’a pas d’atmosphère et peu de gravité, les cendres éjectées se sont largement dissipées au lieu de s’accumuler près de l’évent, comme sur Terre.

À partir de la période d’intense bombardement météoritique, le manteau lunaire a partiellement fondu. Les magmas qui en résultèrent remontèrent à travers la croûte jusqu’à la surface, s’accumulant dans des points bas. Ces points bas étaient principalement les énormes cratères, appelés bassins, laissés par les impacts des plus grosses météorites. Le volcanisme lunaire a continué pendant environ 2 milliards d’années.

Prononciation : Le mot latin mare se prononce mar’-ay en anglais. Le pluriel de mare est maria, qui se prononce mar’-ee-ah. Le basalte se prononce généralement bah-salt’.

Sur Terre, les roches volcaniques se solidifient à partir de lave en fusion (magma). Le type le plus courant de roche volcanique est le basalte. Les anciens astronomes appelaient les bassins ronds remplis de basalte à la surface de la Lune des mers, car il s’agissait de zones sombres et lisses entourées de zones plus élevées. On donnait à ces caractéristiques des noms latins comme Mare Serenitatis pour Mer de la Sérénité. Nous savons maintenant que les maria lunaires sont des coulées de basalte, et nous appelons donc les roches des maria des basaltes de mare. Les basaltes de maria sont composés principalement, 50-70%, de pyroxène, mais ils contiennent tous également 20-40% de plagioclase, jusqu’à 20% d’ilménite et de minéraux apparentés riches en Ti, et 0-20% d’olivine. Les maria sont plus sombres que les hauts plateaux car (1) les basaltes de type mare sont riches en minéraux ferreux, (2) les minéraux ferreux sont de couleur foncée, et (3) le plagioclase est de couleur claire. Contrairement aux hautes terres, la plupart des roches recueillies sur les marias par les astronautes d’Apollo sont de véritables basaltes, et non des brèches composées de fragments de basalte. Cette observation est l’une des nombreuses raisons pour lesquelles nous savons que les basaltes se sont principalement formés après l’époque du bombardement intense. Les basaltes de mare couvrent environ 17% de la surface de la Lune, mais on estime qu’ils ne représentent qu’environ 1% du volume de la croûte.

Parce que les météorites lunaires sont des échantillons provenant d’endroits répartis au hasard sur la surface de la Lune et parce que la plupart de la surface lunaire est feldspathique, la plupart des météorites lunaires sont des brèches feldspathiques. Certaines sont des basaltes de montagne cristallins, des brèches composées de basalte de montagne, ou des brèches composées à la fois de matériau de montagne et de haut plateau (comme QUE 94281, ci-dessus). Quelques-unes sont dominées par du matériel noritique du terrane Procellarum KREEP.

Les basaltes de la lande lunaire, ainsi que les météorites basaltiques de Mars, présentent une forte ressemblance avec les basaltes de la Terre. En l’absence d’une croûte de fusion, il n’y a pas grand-chose à propos d’un basalte de la lande lunaire qui provoquerait un grand intérêt chez un géologue à qui l’on remettrait la roche en demandant “qu’est-ce que c’est ?” Un examen minutieux au microscope pourrait révéler quelques caractéristiques suspectes – l’absence de certains minéraux et l’abondance d’autres (ilménite) ou la faible teneur en sodium du feldspath. Les grains minéraux présenteraient des signes de choc et de fracturation dus à l’impact de la météorite. Cependant, des analyses chimiques seraient nécessaires pour prouver une origine lunaire ou martienne.

Les brèches fragmentaires et les brèches de régolithe sont les analogues lunaires les plus proches des roches sédimentaires terrestres, et elles présentent une certaine ressemblance texturale. Cependant, il existe de nombreuses différences, presque toutes associées à l’absence d’eau et de vent sur la Lune. Comme indiqué ci-dessus, les roches lunaires ne contiennent pas de minéraux carbonatés ou de quartz en abondance, comme c’est le cas pour la plupart des roches sédimentaires terrestres. Il n’y a pas de mécanisme de triage efficace sur la Lune, donc les composants lithiques des brèches lunaires se présentent sous une grande variété de tailles de grains, sans taille ou orientation préférée. Les brèches lunaires sont en grande partie des objets fractals qui se ressemblent en coupe transversale quelle que soit l’échelle à laquelle ils sont observés. (Voir ALHA 81005.) Il n’existe aucune roche lunaire connue dont les caractéristiques ressemblent aux couches caractéristiques des roches sédimentaires terrestres. Les roches sédimentaires terrestres ont des couches parce que la Terre a une gravité, donc les particules se déposent dans l’eau ou dans l’atmosphère. La Lune n’a qu’une faible gravité et pas d’eau ou d’atmosphère.

La plupart des petits clastes des brèches lunaires sont des fragments de plagioclase ou d’anorthosite. Il est rare que le rapport d’aspect (longueur sur largeur) d’un claste dans une brèche lunaire dépasse 3. La plupart des clastes sont anguleux et non arrondis. (Exceptions : Il existe des sphérules de verre volcanique dans le régolithe lunaire (sol). On trouve parfois de telles sphérules dans les brèches régolithiques, mais elles ont un diamètre de <0,1 mm et ne sont pas facilement visibles à l’œil nu. Les sphérules produites par l’impact existent et peuvent être grandes, mais elles ne sont pas courantes par rapport aux fragments de roches et de minéraux. Les brèches de fusion d’impact peuvent contenir des clastes qui ont été partiellement fondus et qui, par conséquent, ne sont pas anguleux.)

Les météorites lunaires recuites sont suffisamment résistantes et cohésives pour avoir survécu au souffle de la Lune et à l’atterrissage brutal sur Terre. De nombreuses roches sédimentaires terrestres se désagrègent beaucoup plus facilement. Contrairement à certains conglomérats terrestres, qui ressemblent aux brèches lunaires, la matrice des brèches lunaires est aussi dure que les clastes. Sur les surfaces brisées ou extérieures des météorites lunaires bréchiques, les clastes ne ressortent pas en relief négatif ou positif.

Métal et magnétisme

Les collectionneurs de météorites savent que la plupart des météorites attirent un aimant bon marché car elles contiennent du métal fer-nickel. Le type de météorites le plus courant, les chondrites ordinaires, contient en effet du métal, tout comme, bien sûr, les météorites de fer. Les basaltes lunaires et les roches originelles des hauts plateaux lunaires ne contiennent pratiquement pas de fer métallique (beaucoup, beaucoup moins de 1 %). Les météorites lunaires bréchiques, en revanche, contiennent un peu de métal provenant des météorites astéroïdes qui ont bombardé la Lune. Parmi les météorites lunaires, Dhofar 1527 est celle qui contient le plus de métal, environ 1,7 % ; la plupart en contiennent beaucoup moins. En d’autres termes, les météorites lunaires n’attirent pas les aimants, comme le font la plupart des autres types de météorites.

Chemistry

En raison de la simplicité de la minéralogie lunaire, les roches lunaires ont des compositions chimiques prévisibles. Presque tout l’aluminium est dans le plagioclase et presque tout le fer et le magnésium sont dans le pyroxène, l’olivine et l’ilménite. Ainsi, sur le graphique de la concentration d’aluminium (Al2O3 dans la figure ci-dessous) en fonction des concentrations de fer (FeO) et de magnésium (MgO), les météorites lunaires (et presque toutes les roches lunaires Apollo) suivent une ligne reliant la composition du plagioclase et la composition moyenne des trois minéraux contenant du fer, car ce sont les quatre seuls minéraux principaux de la roche. Si la composition d’une roche ne trace pas le long de cette ligne, la roche n’est presque certainement pas une roche lunaire.

Sur Terre, la concentration en silice (SiO2) des roches ignées est utilisée comme paramètre de classification chimique de premier ordre car elle varie beaucoup entre les différents types de roches. Sur la Lune, (1) il n’y a pas de roches riches en quartz ou autres polymorphes de silice*, (2) dans une roche donnée, en particulier les brèches, la concentration moyenne de silice dans les trois principaux minéraux, plagioclase, pyroxène et olivine, est à peu près la même, et (3) dans les roches des hauts plateaux, l’ilménite n’est généralement présente qu’en petites quantités (<3%), de sorte que les concentrations de silice des roches lunaires communes ne varient que faiblement. Dans les météorites lunaires, les concentrations de SiO2 s’étendent sur la plage étroite de 43 % à 47 %. Cependant, comme l’aluminium varie de plus d’un facteur 3, il est plus utile comme paramètre de classification chimique. (Le titane est utilisé dans les basaltes lunaires.) De même, parmi presque toutes les roches lunaires communes, les concentrations de calcium ne varient que d’un facteur 2, de 10 à 20 % sous forme d’oxyde de calcium (CaO). Cette variation est bien moindre que celle observée dans les roches terrestres. Une roche dont les concentrations en silice ou en oxyde de calcium se situent sensiblement en dehors de ces fourchettes n’est presque certainement pas une roche lunaire.

* Certains basaltes lunaires contiennent jusqu’à 5% de cristobalite, un minéral de silice. Il existe quelques rares et petits échantillons lunaires avec 50-70% de SiO2 car ils contiennent de la tridymite, du quartz ou du verre de silice. Il s’agit notamment de feldspaths, de granites et de roches riches en silice comme la monzodiorite quartzique. Il existe également des roches qui contiennent <10% de CaO parce qu’elles contiennent peu de plagioclase. Il s’agit notamment de certaines roches ultramafiques comme la dunite et de certains verres volcaniques picritiques.

Dans les roches terrestres, le fer est présent dans les états d’oxydation 2+ et 3+. Sur la Lune, le fer est présent dans les états d’oxydation 0 (métal) et 2+, bien que dans les roches ignées lunaires, presque tout le fer soit dans l’état d’oxydation 2+ (dans l’olivine, le pyroxène et l’ilménite). Sur la Lune, tout le manganèse est également au degré d’oxydation 2+. Comme le Fe(II) et le Mn(II) ont des comportements chimiques très similaires, le fer ne se sépare pas du manganèse au cours des processus géochimiques lunaires, comme c’est le cas sur Terre. Par conséquent, le rapport entre le fer et le manganèse dans les roches lunaires est presque constant à 70, que les roches proviennent des marias (riches en Fe et Mn) ou des hautes terres (pauvres en Fe et Mn). Les météorites non lunaires ont des rapports FeO/MnO différents de ceux des roches lunaires. Les roches terrestres ont une énorme gamme de ratios FeO/MnO, mais pour la croûte terrestre moyenne, le ratio est un peu plus faible que sur la Lune.

L’élément chrome est en plus grande concentration dans les roches lunaires que dans la plupart des roches terrestres (tracé du bas ici). Les concentrations de chrome dans les basaltes lunaires varient de 0,14 % à 0,44 % (sous forme de Cr). Même les météorites lunaires feldspathiques, avec 0,05-0,09 % de Cr, sont considérablement plus riches en chrome que ne l’est la croûte terrestre moyenne (~0,01 %).

Les concentrations des éléments alcalins (potassium, sodium, rubidium et césium) sont 10 à 100 fois plus faibles dans les roches lunaires que dans les roches terrestres. Les roches sédimentaires terrestres contiennent souvent des minéraux sulfurés comme la pyrite. Les minéraux sulfurés sont rares dans les roches lunaires et les éléments tels que le cuivre, le zinc, l’arsenic, le sélénium, l’argent, le mercure et le plomb, qui sont souvent présents dans les minéraux sulfurés, sont très peu abondants dans les roches lunaires. Les faibles concentrations d’éléments alcalins et d’éléments aimant les sulfures (chalcophiles) sont l’un des traits les plus caractéristiques des roches lunaires.

Roches insolites

Comme indiqué ci-dessus, il existe des exceptions connues aux généralisations, et nous, lunatiques, espérons certainement que nous n’avons pas découvert tous les minéraux et types de roches présents sur la Lune. Cependant, les échantillons connus de composition et de minéralogie inhabituelles sont rares et ne se présentent généralement que sous forme de petits clastes (<1 gramme) dans les brèches ou dans le sol. Nous n’avons aucune raison de soupçonner, sur la base des données obtenues en orbite lors des missions Clementine et Lunar Prospector, qu’une région de la Lune soit riche en types de roches significativement différents de ceux que nous connaissons ou dont nous supposons l’existence. La plupart des processus de formation de minerai sur Terre impliquent de l’eau, nous ne nous attendons donc pas à des gisements de minerai cachés sur la Lune. Gardez à l’esprit que si plus de 400 météorites lunaires ont été arrachées à la Lune et retrouvées sur Terre, alors en tout point de la surface lunaire, il peut y avoir des roches provenant de n’importe quel autre point. Pour cette raison, le fait que la surface lunaire ait été “mal échantillonnée” par les missions Apollo et Luna n’est pas en soi une bonne raison de soupçonner que des roches très différentes de celles que nous avons étudiées existent en des points non échantillonnés de la Lune. Des dizaines de milliers de roches et de roquettes lunaires ont été étudiées depuis les missions Apollo. Il est hautement improbable qu’une météorite lunaire non encore découverte diffère substantiellement dans les minéraux qu’elle contient ou dans son caractère géochimique des roches lunaires et des météorites lunaires Apollo.

Elles étaient fausses

Tout géoscientifique (et il y en a eu des milliers du monde entier) qui a étudié les échantillons lunaires sait que quiconque pense que les échantillons lunaires Apollo ont été créés sur Terre dans le cadre d’une conspiration gouvernementale ne connaît pas grand-chose aux roches. Les échantillons d’Apollo sont tout simplement trop bons. Ils racontent une histoire cohérente avec une intrigue complexe qui est meilleure que n’importe quelle histoire qu’un conspirateur aurait pu concevoir. J’ai étudié les roches et les sols lunaires pendant plus de 50 ans et je ne pourrais même pas “fabriquer” une pauvre imitation d’une brèche lunaire, d’un sol lunaire ou d’un basalte lunaire en laboratoire. Et avec tout le respect que je dois à mes collègues intelligents des laboratoires gouvernementaux, personne au sein du “gouvernement” ne pourrait le faire non plus, même maintenant que nous savons à quoi ressemblent les roches lunaires. Les échantillons lunaires montrent des signes de formation dans un environnement extrêmement sec, sans oxygène libre et avec une faible gravité. Certains présentent des cratères d’impact à la surface et beaucoup d’entre eux présentent des signes d’une série d’effets imprévus et compliqués associés à des impacts de météorites, grands et petits. Les roches et le sol lunaires contiennent des gaz (hydrogène, hélium, azote, néon, argon, krypton et xénon) dérivés du vent solaire avec des rapports isotopiques différents de ceux des échantillons terrestres des mêmes gaz. Ils contiennent des cristaux endommagés par les rayons cosmiques. Les roches ignées lunaires ont des âges de cristallisation, déterminés par des techniques impliquant des radio-isotopes, qui sont plus anciens que toutes les roches terrestres connues. (Il était plus facile et moins coûteux d’aller sur la Lune et de rapporter quelques roches que de créer toutes ces caractéristiques fascinantes sur Terre.