Une signature chimique dans des roches lunaires révèle la présence d’oxygène sur l’ancienne Lune.

La Terre et la Lune paraissent aujourd’hui très différentes, mais elles se sont constituées dans l’espace dans des conditions comparables.

L’une des hypothèses dominantes avance d’ailleurs que la Terre primitive a subi la collision d’un objet de la taille de Mars ; ce choc géant aurait arraché et projeté de la matière qui a ensuite donné naissance à la Lune.

Cependant, contrairement à la Terre, la Lune ne possède ni tectonique des plaques ni atmosphère capable de remodeler sa surface et de recycler, sur des milliards d’années, des éléments comme l’oxygène.

De ce fait, elle conserve des traces des conditions géologiques qui ont contribué à la façonner, et peut offrir aux scientifiques des indices sur le monde dans lequel nous vivons aujourd’hui.

Les roches issues des premières phases de volcanisme lunaire ouvrent une fenêtre sur des événements survenus il y a près de 4 milliards d’années.

En déterminant dans quelles conditions ces roches lunaires se sont formées, les chercheurs se rapprochent d’une meilleure compréhension des origines de notre propre planète.

Dans une étude parue en mars 2026 dans la revue Nature Communications, notre équipe - composée de physiciens et de géoscientifiques - s’est intéressée à l’ilménite, un minéral constitué de fer, de titane et d’oxygène, présent dans une roche lunaire cristallisée à partir d’un ancien magma lunaire.

Nous avons mobilisé une microscopie électronique de pointe afin d’examiner la signature chimique du titane dans cette ilménite, et nous avons observé qu’environ 15 % du titane présente une charge électrique plus faible que prévu.

Conséquences du titane trivalent

Dans l’ilménite, un atome de titane perd généralement quatre électrons lorsqu’il se lie à l’oxygène, ce qui lui confère une charge positive de 4+, appelée nombre d’oxydation.

Or, dans l’échantillon que nous avons analysé - une roche rapportée lors de la mission Apollo 17 - une partie du titane contenu dans l’ilménite affiche en réalité une charge de seulement 3+, un état désigné sous le nom de titane trivalent.

La mise en évidence de ce titane trivalent vient confirmer ce que les géologues soupçonnaient depuis longtemps : dans l’ilménite lunaire, une fraction du titane existe sous une forme à charge plus basse.

Le titane trivalent n’apparaît que lorsque la quantité d’oxygène disponible pour les réactions chimiques est faible. Ainsi, la proportion de titane trivalent dans l’ilménite peut renseigner sur la disponibilité relative de l’oxygène à l’intérieur de la Lune au moment où la roche s’est formée, il y a environ 3,8 milliards d’années.

Un indice sur la chimie primitive de la Lune grâce à l’ilménite lunaire

À ce jour, notre équipe n’a étudié en détail qu’une seule roche lunaire. Toutefois, en nous appuyant sur des travaux publiés, nous avons recensé plus de 500 analyses d’ilménite lunaire susceptibles de contenir du titane trivalent.

L’examen de ces échantillons pourrait apporter des informations inédites sur la manière dont la chimie de la Lune varie selon les régions et les périodes.

Même si nos résultats s’inscrivent dans la continuité d’études antérieures, le lien entre la présence de titane trivalent dans l’ilménite et la disponibilité en oxygène n’a pas encore été quantifié à l’aide de données expérimentales ciblées.

Des expériences conçues pour tester précisément cette relation permettraient à l’ilménite de révéler davantage d’éléments sur l’intérieur de la Lune. Nous pensons aussi que ce lien devrait s’appliquer à d’autres planètes et astéroïdes qui, comparativement à la Terre, disposent de peu d’oxygène chimiquement disponible.

Et maintenant ?

Les approches employées ici peuvent servir à analyser de nombreuses roches lunaires collectées lors des missions Apollo il y a plus de 50 ans, ainsi que de futurs échantillons issus des prochaines missions Artemis, ou encore des roches prélevées sur la face cachée de la Lune et rapportées en 2024 par la mission chinoise Chang’e-6.

L’un des membres de notre équipe prévoit d’utiliser son nouveau laboratoire expérimental pour étudier comment la disponibilité en oxygène dans un magma influence l’abondance de titane trivalent dans l’ilménite. En prolongeant nos observations par ce type d’expériences, il pourrait devenir possible d’employer l’ilménite pour reconstituer l’histoire des magmas anciens de la Lune.

Nous estimons que de futures études de roches lunaires, appuyées sur des méthodes scientifiques avancées, sont indispensables pour mettre au jour les conditions chimiques qui régnaient sur la Lune ancienne. Elles pourraient fournir des indices non seulement sur l’histoire lunaire, mais aussi sur les tout premiers chapitres du passé de la Terre - des archives qui, depuis, ont disparu de notre planète.

Advik D. Vira, étudiant diplômé en physique, Georgia Institute of Technology, et Emily First, professeure assistante de géologie, Macalester College

Cet article est republié depuis The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.