Théia : qu'est-ce que c'est ?

La mécanique céleste et les simulations numériquessimulations numériques qui l'utilisent nous disent qu'au tout début de la formation du Système solaire, une collision est bien plus probable qu'une capture de la Lune par la Terre.

Pour cette raison et d'autres, on a proposé que quelques dizaines de millions d'années après la formation de la Terre, une petite planète de la taille de Mars (6.500 km de diamètre), baptisée Théia en souvenir de la divinité grecque mère d'Hélios (le Soleil) et de Séléné (la Lune), aurait heurté la Terre. L'impact se serait fait tangentiellement, arrachant une partie du manteau terrestremanteau terrestre. La violence du choc aurait conduit à la fragmentation complète et à une vaporisation importante de ce corps céleste.

Probablement déjà différentié, le noyau ferreux de Théia se serait incorporé à celui de la Terre et un océan de magmamagma aurait recouvert notre planète. Pendant ce temps, une partie du matériaumatériau du manteau terrestre et des restes de Théia seraient restés en orbiteorbite autour de la Terre où ils auraient fini par s'accréter pour former notre satellite.

Cette théorie a pris naissance il y a presque 50 ans, lorsque William K. Hartmann et Donald R. Davis ont publié dans le célèbre journal Icarus un article destiné à faire date. Les deux hommes s'étaient inspirés des travaux concernant la formation des planètes du Système solaire issus de l'école soviétique menée par Viktor Safronov. Les deux chercheurs disposaient aussi des données cosmochimiques fournies par les missions ApolloApollo et l'analyse des météoritesmétéorites trouvées sur Terre. Alastair G.W. Cameron et William R. Ward étaient également arrivés à des conclusions similaires au même moment.

Théia, la Lune et la cosmochimie

Pour comprendre de quoi il en retourne, il faut en revenir aux fondations de l'hypothèse de Hartmann, Cameron et leurs deux collègues. La Lune est moins dense que la Terre et les roches que les missions Apollo ont ramené sur notre Planète permettent de dresser un tableau de sa composition chimique. Si le ferfer contribue à 30 % de la massemasse de la Terre (en grande partie avec son noyau), il ne contribue qu'à 10 % de celle de notre satellite. La Lune est aussi moins riche en éléments volatils comme le potassiumpotassium et l'eau, ce qui suggère qu'elle a été entièrement portée à de hautes températures ayant conduit à une perte importante de ces éléments.

En revanche, les compositions en isotopesisotopes de l'oxygèneoxygène des silicatessilicates des manteaux de la Terre et de la Lune apparaissent comme identiques (l'abondance de l'oxygène 17, l'une des meilleurs mesurées pour les isotopes stables, ne peut différer de plus de 0,016 % dans les roches terrestres et lunaires), ce qui est très surprenant de prime abord puisqu'elles diffèrent de celles des météorites. Dans le cas de Mars, les différences peuvent même être d'un facteur 50. D'autres isotopes étudiés depuis les travaux pionniers des années 1970 comme ceux du chromechrome, du titanetitane, du tungstènetungstène et du siliciumsilicium montrent aussi que la Terre et la Lune ont une composition chimique commune. On a abouti récemment à une conclusion identique au niveau de certains éléments réfractairesréfractaires comme l'aluminiumaluminium en déterminant avec plus de précision la structure de la croûtecroûte lunaire grâce aux missions Grail et LROLRO.

Pour rendre compte de cette composition chimique partagée, les chercheurs avaient tout naturellement avancé que l'impact entre la petite Théia et la Terre avait arraché une part importante du manteau terrestre et que son noyau ferreux avait fusionné avec celui de la Terre. La Lune se serait donc formée par accrétionaccrétion à partir d'un matériau chaud formant un disque autour de la Terre et dont la composition était dominée par celle du manteau de notre Planète.

Une théorie encore en évolution

L'hypothèse n'eut pas vraiment d'écho dans la communauté scientifique jusqu'à ce qu'une conférence se tienne en 1984 à Hawaï sur l’origine de la Lune. Celle-ci donna lieu à la publication d'un livre en 1986 qui est depuis devenu une référence sur ce sujet. Depuis lors, l'hypothèse de l'impact géant est devenue standard et de nombreuses simulations numériques à son sujet ont vu le jour, notamment celle de Robin Canup dans les années 1990. Elles ont tout à la fois contribué à conforter cette théorie et à la rendre problématique.

Si l'hypothèse d'un impact géant est toujours très favorisée à ce jour, les détails de la collision avec Théia, tout autant que ceux concernant l'accrétion des matériaux donnant finalement notre Lune sont encore en débat ainsi que le lieux de naissance de Théia origine à une certaine distance du Soleil ( ce qui influe sur sa composition et ses différences avec celle de la Terre). Bien que très crédible, cette théorie a donc encore besoin d'être étayée par des observations sur la nature géologique de la Lune, des progrès dans notre compréhension des collisions planétaires et dans la modélisationmodélisation du disque protoplanétairedisque protoplanétaire où sont nés les planètes.