Des vestiges de l’impact ayant créé la Lune pourraient être enfouis au fond de la Terre

Il y a un peu plus de 4 milliards d’années, l’hypothétique protoplanète Théia aurait frappé la Terre. Ce puissant impact serait à l’origine de la formation de la Lune et, selon certains chercheurs, la collision aurait même apporté des éléments essentiels à la vie.

Cette théorie est largement connue et globalement admise. Lors de la Lunar and Planetary Science Conference 2021, des scientifiques ont présenté la version la plus aboutie à ce jour d’une hypothèse complémentaire : des sortes de ruines de Théia, issues de l’impact, seraient encore présentes très loin sous la surface de notre planète.

Les superpanaches de la Terre

Enfouies dans les profondeurs du manteau terrestre, dans sa dernière couche avant le noyau, on trouve deux vastes structures rocheuses très particulières appelées « superpanaches » — ou LLSVP pour « provinces de basse vitesse des ondes S » (large low-shear-velocity province) car les ondes S s’y déplacent lentement, ce qui a d’ailleurs permis leur modélisation. L’une des structures est située en dessous du Pacifique, l’autre sous l’Afrique. Leur masse et leur amplitude sont énormes : le superpanache du Pacifique mesure dans les 3 000 km de long. Au total, les superpanaches représenteraient autour de 6 % de tout ce qui constitue notre planète, et ils pourraient avoir une influence sur bien des phénomènes terrestres (y compris sur une anomalie du champ magnétique terrestre).

Les deux masses rouges sont les deux structures « superpanaches » au fond du manteau terrestre.

Source : Animation Sanne.cottaar / Wikicommons

Quant à leur origine, il y a des pistes. Elles pourraient constituer une sorte de « cimetière » d’anciennes croutes océaniques, s’accumulant avec le temps au fond du manteau terrestre. Elles pourraient aussi être la cristallisation du magma primordial, qui aurait débordé du noyau de la jeune Terre. Encore une autre possibilité : elles pourraient être les résidus du manteau terrestre primitif ayant survécu à l’impact avec Théia.

Mais l’hypothèse présentée lors de la Lunar and Planetary Science Conference 2021 est encore différente : les superpanaches seraient issus directement de Théia ; des fragments de la protoplanète qui auraient perduré au sein de la Terre après la collision.

Et si ces superpanaches étaient les ruines de Théia ?

Les scientifiques à l’origine de la proposition ont modélisé l’impact de Théia avec la Terre en faisant varier la masse et la densité de Théia, afin d’identifier la combinaison qui aurait permis à des fragments de la protoplanète de persister au fond du manteau terrestre. Le modèle montre alors que la densité du manteau de Théia devait être 1,5 à 3,5 % plus dense que celui de la Terre pour que cela fonctionne. Donc la protoplanète devait être massive.

« Nous démontrons que le manteau de Théia était probablement plus dense intrinsèquement que le manteau de la Terre, ce qui permet aux matériaux du manteau de Théia de s’enfoncer dans le manteau le plus profond de la Terre et de s’y accumuler en piles thermochimiques qui peuvent causer les [superpanaches] observés en sismologie », écrivent les scientifiques.

Représentation de l'impact de Théia avec la Terre donnant lieu aux superpanaches (en rouge sur la dernière image).

Source : Qian Yuan

Ce constat d’une Théia massive entre en cohérence avec les modélisations de ce qu’a pu être Théia. Une étude de 2019 procédait à une comparaison isotopique (composition chimique) des roches terrestres et lunaires pour mieux comprendre en quoi pouvait consister l’impact. Il en résultait que Théia devait être une planète certes de la taille de la Terre, mais plus massive et plus sèche. Modélisant alors ce qu’il se passerait si une telle planète entrait en collision avec la Terre, les auteurs constataient qu’elle se serait fracturée en un noyau appauvri en fer et un manteau riche en fer… d’une densité entre 2 et 3,5 % au-dessus de celle de la Terre, ce qui est très proche des 1,5 à 3,5 % des auteurs de la nouvelle proposition.

Pour aller plus loin

La Lune et la Terre ne seraient pas aussi semblables qu’on le pensait

Justement, quant à la faible vitesse de propagation des ondes S dans les superpanaches, il se trouve qu’elle s’explique probablement par une plus grande densité, et une composition chimique légèrement différente, que le reste du manteau terrestre. Par ailleurs, les laves des îles situées au-dessus du superpanache du Pacifique contiennent un enregistrement isotopique d’éléments radioactifs remontant à la Terre primitive, à l’époque de l’impact, suggérant que les structures existent précisément depuis l’impact de Théia.

La vérification de cette hypothèse reste pour l’instant limitée par notre capacité à analyser plus concrètement les superpanaches. Ils sont, par définition, à un endroit inaccessible et dont l’étude ne peut se faire que via des modélisations. Des géologues supposent que la densité des superpanaches ne serait qu’une illusion issue des relevés sismologiques. Si c’était le cas, cela fausserait évidemment l’un des postulats de la proposition selon laquelle ces structures seraient des vestiges d’une Théia extrêmement dense.