Magnétisme lunaire

Jérôme Gattacceca, Pierre Rochette, Cécile Cournède, Yoann Quesnel

CEREGE, Aix-en-Provence

congrès PNP, Paris, 1/10/2014

Intérêt du magnétisme lunaire

- Les champs magnétiques actuels peuvent être interprétés en terme d’activité géologique

- La connaissance des champs magnétiques anciens permet de contraindre notre compréhension de l’intérieur de la Lune et de son évolution au cours du temps

- Les contraintes issues de l’observation de ces champs magnétiques doivent être pris en compte dans les modélisations de la dynamo lunaire et alimente ainsi la théorie de génération des dynamos

Le magnétisme en pointe

Luna 1 (1959)

Luna 1 (1959) et Explorer 35 (1967): champs indétectables, au moins 10 000 fois plus faibles que le champ terrestre. Pas de champ global aujourd’hui.

Lune trop petite pour avoir un champ de dynamo ?

Magnétomètres de surface Apollo

Magnétomètres des subsatellites Apollo

Magnétomètre Lunar Prospector

Réflectométrie d’électrons

Echantillons Apollo

météorites lunaires

Données magnétiques lunaires

Champ magnétique

AimantationPropriétés magnétiques

La surprise du programme Apollo

Les basaltes lunaires sont aimantés

Basalte Apollo 11 (#10069)

Champs de surfacefaibles et localisés(2 to 300 nT)

Pas de champ globlalOrigine rémanente

Pas de corrélation évidente avec la géologie

face visible face cachée

Mécanisme d’aimantation ?

Origine du paléochamp ?

La comparaison avec Mars (champ rémanent de surface jusqu’à plusieurs centaines de µT) est trompeuse

200 kmaltitude

Lillis et al. 2008 Icarus

Champ crustal

Le contenu ferromagnétique de la plupart des roches lunaires est si faible qu’elles ne créent pas de signal magnétique mesurable à l’altitude des satellites même si elles sont aimantées

Origine du paléochamp

Noyau métalliqueet dynamo ?

Champs généréspar impact ?

La lune a un noyau métalliqe(sismique, moment inertie, champ induit...)

mais a-t-elle une dynamo ?

Anomalies essentiellement antipodales aux bassins d’impact

Mitchell et al., 2008

0 90 E 180 90 W 0

+60

-60

0

0

250

B (nT)

Lati

tud

e (

°)

Longitude (°)

Imbrium

Serenitatis

Crisium

Orientale

Répartition des anomalies magnétiques

Modèle d’aimantation antipodale

Expansion d’un nuage de plasma compresse et amplifie le champ ambiant aux antipodes

Lon HoodUniversity Arizona

La convergence des ondes sismiques et la concentration des éjectats permet d’aimanter (par choc ou chauffe)

numerical modeling

Artemieva et al. 2008

Est-ce bien raisonnable ?

after Hood and Huang, 1991

t=0 s t=120 s

t=2400s t=3600s

champ

mécanismed’aimantation

PAS BESOIN DE DYNAMO

Données préliminaires sur un basalte jusqu’à 0.05 GPa seulement [Nagata et al., 1972]

Expériences sur les sols : lithification et aimantation par choc jusqu’à 20 GPa [Fuller et al., 1974]

Pas de données sur l’acquisition d’aimantation par choc des roches lunaires

Can the lunar crust be magnetized

by

shock: Experimental groundtruthGattacceca et al. 2010 EPSLfinancé à 100% par le PNP

Laser

basalte

basaltes Apollo 14053, 15555, 15556, 70215 (cubes ~1 cm3)

Pression 0.2 - 1 GPa, champ magnétique 100 - 400 µTnon destructif: 50 tirs (24 sur 70215)

Simulation expérimentale : chocs laser

70215 après choc à 2.5 GW/cm2

15556 avant le choc

jusqu’à 2 GPa en cellule de pression non magnétique

Ø30 mm

2 basaltes Apollo2 météorites (Highland rocks)

Expériences hydrostatiques

modèle d’acquisition d’aimantation en fonction

du champ magnétique et de la pression

Nos expériences imposent une condition sur les propriétés magnétiques intrinsèques des roches lunaires : aimantation rémanente à saturation Mrs > 2.5 10-2 Am2/kg

Can the lunar crust be magnetized by shock?

Très peu de roches Apollo satisfont cette condition ...mais 40% des météorites lunaires le font : brèches d’impact et de régolite.

Can the lunar crust be magnetized by shock?

Hood etArtemieva, 2008

2500 km Ø

Oui si les roches aux antipodes sont des brèches d’impact ou de régolite

Mais attention, cela ne peut expliquer que certaines anomalies magnétiques et pas les aimantations mesurées dans les échantillons Apollo !

Paléomagnétisme lunaire

limite théorique modèles

convectio

n?

pre

cessio

n

imp

acts

core crystallization?

Apollo eraLawrence et al. 2008now

100 échantillons mesurés (35 kg)traitement des données en cours => AGU 2014

projet MagLune

financé par l’ANR 2015-2019

CEREGE + MIT(Gattacceca + Weiss)

IPGP(Wieczorek)

ISTerre(Cébron)

paléomagnétismechamp

magnétiquemodélisation

dynamo