Comment ces superbes cartes ont révélé les secrets de la lune

On a beaucoup écrit sur les astronautes qui ont atterri pour la première fois sur la Lune il y a 50 ans, mais les véritables stars des missions Apollo sont ces magnifiques cartes.

Je me souviens encore d’une caricature dans un journal en juillet 1969, juste avant le premier alunissage d’Apollo, raconte David Rothery, professeur de géosciences planétaires à l’Open University. L’équipe au sol a rappelé aux astronautes en montant à bord de leur fusée : « N’oubliez pas de rapporter de la pierre ! » C’était un clin d’œil à un vieux cliché des vacances : on demandait souvent aux gens qui allaient à la mer de rapporter du « rock« , c’est-à-dire des bonbons de roche. Ce n’était pas très drôle, mais cela démontre qu’une fois la course contre les Soviétiques gagnée, le but de tout cela était de découvrir la géologie de la lune.

La valeur scientifique de l’atterrissage sur la lune aurait été diminuée sans des études visant à établir le contexte des sites d’atterrissage. La principale considération était de se poser dans un endroit sûr, mais les roches recueillies à ces endroits auraient transmis beaucoup moins d’information si l’on n’avait pas cherché à déterminer la nature et, surtout, les relations entre les unités de roche à partir desquelles les échantillons ont été prélevés.

Pour ce faire, on a dressé des cartes géologiques détaillées, en utilisant les mêmes principes que les géologues utilisent sur Terre.

CARTOGRAPHIE VS. CARTOGRAPHIE GÉOLOGIQUE
Les observateurs télescopiques avaient déjà commencé à dessiner des cartes générales du côté proche de la Lune (c’est tout ce que l’on peut voir de la Terre) dans les années 1600. Il s’agissait essentiellement d’exercices de cartographie, documentant à quoi ressemble la lune. Bientôt, les noms ont été marqués pour marquer les caractéristiques individuelles, mais ce n’était qu’un moyen pratique de les identifier. Ce n’était pas basé sur une compréhension réelle.

Par contre, les géologues font des cartes pour mieux comprendre l’histoire d’une région. Ils distinguent des parcelles de terrain dont on peut déduire que les âges – et donc peut-être l’origine et la composition – sont différents. Pour ce faire, il faut généralement déterminer ce qui se trouve au-dessus de quoi (les couches plus jeunes se trouvent généralement au-dessus des couches plus anciennes) et les relations transversales (les caractéristiques plus jeunes peuvent traverser les couches plus anciennes, mais pas l’inverse).

La première tentative publiée d’utiliser ces principes sur la lune a été une étude réalisée en 1960 par les géologues Robert J. Hackman et Arnold C. Mason. Elle était entièrement basée sur des observations télescopiques et montrait les taches sombres – les « maria » – regroupées comme étant toutes du même âge en jaune, recouvrant un terrain « pré-maria », considéré comme plus ancien, en brun. La plus jeune unité s’appelait « roches post-maria », montrées en vert, qui a été interprétée comme étant des cratères et des éjecta de ces roches qui se sont formées après la maria.

Avec seulement trois catégories d’âge, cette carte était très élémentaire et a rapidement été remplacée par des études plus détaillées. En 1961, le géologue Gene Shoemaker a fait circuler une carte géologique prototype de la région autour du cratère Copernic. Le cordonnier divisait les matériaux qu’il pouvait voir à la surface en cinq classes d’âge et subdivisait certaines d’entre elles en fonction de leur texture, comme « lisse » ou « bosselée ». Il a également offert des interprétations pour chacune de ses unités, telles que « probablement des roches concassées » et « probablement des coulées volcaniques ». Il a même inclus des coupes transversales indiquant quelles structures peuvent se trouver sous la surface à une profondeur de plusieurs kilomètres.

Shoemaker a collaboré avec deux collègues pour publier une carte beaucoup plus détaillée de la même région en 1967. Elle s’est fondée sur des images photographiques obtenues à l’aide de télescopes au sol, complétées par des observations visuelles effectuées à l’aide du télescope réfracteur Lowell de 24 pouces de Flagstaff, en Arizona, pour vérifier les détails fins. Le premier auteur de cette carte est H.H. Schmitt, plus connu sous le nom de Jack Schmitt, qui, en tant que pilote du module lunaire Apollo 17 en 1972, est devenu le premier géologue – et à ce jour le seul – à être qualifié pour marcher sur la Lune.

CARTES DES SITES D’ATTERRISSAGE
Par la suite, les cartes lunaires ont commencé à utiliser des images obtenues par des engins spatiaux en orbite autour de la lune avant Apollo 11. Des cartes ont été établies pour tous les sites d’atterrissage d’Apollo proposés, y compris certains qui n’ont jamais été visités. Au début, ils s’appuyaient en grande partie sur des photographies prises par les cinq satellites lunaires sans équipage de l’orbiteur lunaire. Plus tard, les sites d’atterrissage d’Apollo ont été cartographiés à l’aide de photos prises lors de missions Apollo précédentes.

Bien que les marcheurs de la lune aient découvert qu’une partie de la géologie cartographiée à partir de l’orbite avait été mal interprétée, chaque unité s’est avérée être une véritable valeur d’enquête afin que le temps passé à la surface soit mieux utilisé qu’en se trompant au hasard. Par exemple, les plaines de Cayley où Apollo 16 a atterri étaient considérées comme volcaniques, mais se sont avérées être une unité tout aussi intéressante faite de blocs soudés de roches plus anciennes fragmentées par des impacts.

La cartographie géologique se poursuit aujourd’hui, même sur des corps où il n’y a aucune perspective de visiteurs humains dans un avenir prévisible. Le United States Geological Survey, qui a publié les cartes d’Apollo, a depuis publié des cartes d’au moins une partie de toutes les autres planètes rocheuses et de plusieurs petits corps rocheux ou glaciaires. En Europe, un effort est en cours pour préparer les premières cartes géologiques détaillées de l’ensemble de Mercure en vue de l’arrivée en 2025 de BepiColombo en orbite autour de la planète.

Certaines de ces cartes sont diffusées par le projet Planmap de la Commission européenne, qui prépare également des environnements virtuels 3D immersifs de sites d’atterrissage potentiels sur la Lune et sur Mars pour la formation des astronautes.

En fin de compte, nous devons remercier les missions Apollo pour une grande partie de nos connaissances géologiques sur la lune. Les cartes géologiques et les échantillons de roches qu’ils ont permis aux astronautes de ramener sur Terre nous ont fourni des informations précieuses sur l’histoire de la lune, même si une partie de la carte n’a pas encore été étudiée, 50 ans après.

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