POURQUOI LA LUNE RÉSONNE SI LONGTEMPS

Quand une onde sismique traverse la Lune, le signal ne s’arrête pas une fois l’onde passée. Il est suivi d’une longue traîne de vibrations, la coda, qui sur la Lune peut durer jusqu’à des heures — environ dix fois plus qu’après un séisme terrestre de magnitude comparable. Pour les sismologues, cette résonance est une gêne : elle noie les faibles échos des couches profondes qui révéleraient l’intérieur de la Lune.

L’explication habituelle invoquait une forte diffusion dans une croûte continue mais très inégale, où les ondes accélèrent et ralentissent d’un endroit à l’autre. Mais les simulations fondées sur cette idée n’ont jamais collé aux enregistrements des sismomètres d’Apollo, même avec des contrastes irréalistes.

Des fissures qui ne guérissent jamais

Lei Zhang, Jinhai Zhang et leurs collègues de l’Académie chinoise des sciences et de l’université chinoise des géosciences ont pris une autre voie. La croûte lunaire est criblée de fractures : des milliards d’années d’impacts, la contraction de la Lune en refroidissant, les marées et le volcanisme l’ont fracturée. Sur Terre, les fluides referment peu à peu ces fissures. Sur la Lune, il n’y a pas d’eau : elles restent ouvertes — des vides dans la roche.

Une fissure vide est un mur pour une onde sismique : rien ne la traverse. L’onde est totalement réfléchie. Avec une seule fissure, une partie du front d’onde rebondit tandis que le reste continue sans être dérangé. Avec beaucoup de fissures, le front d’onde est brisé et piégé, rebondissant de fissure en fissure, et son énergie ne s’échappe que lentement. Selon les auteurs, l’effet de ces fractures sur les ondes sismiques lunaires n’avait encore jamais été pris en compte.

Rejouer les crashs d’Apollo

Pour tester l’idée, l’équipe a construit une tranche bidimensionnelle de croûte lunaire, longue de 1 000 kilomètres et profonde de 80, parsemée de fissures vides dans une roche par ailleurs uniforme. Elle a comparé ses prédictions à 13 enregistrements Apollo d’impacts artificiels : des étages de fusée usagés et des étages de remontée de modules lunaires écrasés volontairement sur la Lune, dont l’heure et le lieu d’impact sont connus avec précision. Les stations se trouvaient à 2,2 à 28 degrés d’arc — une distance mesurée par l’angle entre l’impact et la station, vu du centre de la Lune.

Plutôt que chaque oscillation, les chercheurs ont comparé l’enveloppe générale de chaque enregistrement — une montée progressive, un large pic, une lente décroissance qui lui donnent une forme de fuseau.

Le premier kilomètre fait tout

• Avec des fissures concentrées dans le premier kilomètre, les enveloppes simulées collent à deux enregistrements représentatifs avec des corrélations de 0,90 et 0,92 (un score qui vaut 1 quand l’enveloppe simulée et l’enveloppe enregistrée ont exactement la même forme). Une croûte sans fissures ne donne que 0,56 et 0,47.
• Douze variantes précisent où les fissures comptent. Des fissures descendant jusqu’à 12 kilomètres ajustent aussi bien que des fissures limitées au premier kilomètre. Mais retirez les fissures de ce premier kilomètre, et la corrélation tombe à 0,4-0,5.
• La longueur des fissures compte aussi : de 0,5 à 2 kilomètres, les corrélations avoisinent 0,85 ; à 4 kilomètres, environ 0,64 seulement. Les fissures mesurent probablement 2 kilomètres ou moins.
• Seule une densité de fissures assez élevée reproduit à la fois la forme de la coda et la vitesse à laquelle elle s’éteint : le premier kilomètre est très fracturé.

Dans le modèle de référence, 85 fissures, chacune longue d’un kilomètre et large de 250 mètres, sont réparties dans le premier kilomètre de la tranche.

Un outil pour la suite

Les radars des rovers lunaires ont sondé des couches jusqu’à quelques centaines de mètres, en général moins de 500. Le résultat sismique va plus profond, jusqu’à un kilomètre environ, et fait le lien entre radar, cartes de gravité et mesures sur les échantillons rapportés.

Le modèle pourrait aussi servir à l’envers : une fois les fissures connues, leur résonance pourrait être calculée puis soustraite des enregistrements, laissant apparaître les faibles réflexions venues des profondeurs de la Lune. De futurs sismomètres — sur Chang’e-7, près du pôle Sud avec Artemis, et sur la face cachée — pourront le tester. Et les projets qui espèrent détecter des ondes gravitationnelles en écoutant la Lune devront peut-être tenir compte de ces mêmes fissures.

Le modèle reste une simplification : une tranche à deux dimensions, une roche uniforme autour des fissures. Les vraies fissures sont en trois dimensions, se croisent, et baignent dans une croûte elle-même inégale. Mais même cette version dépouillée résonne comme la Lune.