La Terre est unique. Rien de tel qu'un petit voyage sur la Lune pour s'en rendre compte. Il suffit d'une masse trop petite pour que tout soit radicalement différent à la surface et à l'intérieur d'un corps déleste.

Quand les premiers astronomes disposant de lunettes ou de télescopes, tels Galilée et Hévélius, ont découvert de nombreux cratères à la surface de la Lune, une seule explication prévalait : leur origine était volcanique. Les choses n'ont évolué qu'au milieu des années 1960. « Pour préparer leur débarquement sur la Lune, les Américains se sont à nouveau posé la question, raconte Philippe Masson, spécialiste de géologie lunaire à l'université de Paris-Sud. Simultanément, en URSS, l'Académie des sciences considérait comme hors de question de remettre en cause l'explication volcanique, véritable dogme. » Finalement, les explorations menées par les hommes des missions Apollo ont confirmé l'idée « dissidente » : les cratères de la Lune résultent de chutes de corps céleste.

« La Lune est un corps qui n'a plus d'activité interne. Il n'y a pas de mouvements dans son noyau ou dans son manteau. » Sur ce point, l'astronome Philippe Masson est formel, l'astre de la nuit est désormais figé. Mais il n'en a pas toujours été ainsi : « Nous avons identifié dans les roches rapportées par les équipages d'Apollo un champ magnétique fossile. Orienté dans diverses directions, il avait certainement pour origine des mouvements internes responsables d'un effet dynamo. » Pourtant, cette époque n'a guère duré. En raison de la faible masse de la Lune, la source d'énergie interne provoquant ces mouvements a quasiment cessé au bout de 1 milliard d'années. Les rares volcans découverts sur la Lune sont les monts Gruithuisen Gamma et Delta au sud du golfe des Iris, en bordure de la mer des Pluies. « Ils datent d'environ 3,9 milliards d'années, confie Serge Chevrel, de l'observatoire Midi-Pyrénées. On pense qu'ils sont les vestiges d'un pré-volcanisme très ancien. » Car sur la Lune, le volcanisme typique n'aboutit pas à l'édification de volcans. « Pour avoir un volcan, il faut que le magma stagne d'abord dans un réservoir proche de la surface et que les gaz puissent s'échapper des roches, poursuit Serge Chevrel. Or sur la Lune, les laves ont atteint la surface par des fractures à la base des grands bassins d'impact. Très liquides, elles n'ont eu aucun mal à émerger. Du coup, on obtient un empilement de laves sans édifice, exactement comme dans les Trapps du Deccan en Inde. » Ces empilements, ce sont les « mers » lunaires apparues voici 3,6 milliards d'années. Dans quelques régions, des petits cônes volcaniques se sont formés à la faveur de laves légèrement plus riches en silice qu'ailleurs. Ces le cas des dômes d'Hortensius ou de Marius, mais dont les dimensions demeurent modestes (à la limite de l'observation dans des instruments d'amateurs).

Plus étonnant encore, une équipe américaine a récemment conclu qu'une étrange dépression baptisée Ina, dans le lac de la Félicité ( au sud des Apennins), aurait connu une activité voici seulement 2 millions d'années. Toutefois, la nature de celle-ci ne remettrait pas en cause l'idée que les scientifiques se font de l'intérieur de la Lune : il s'agirait d'émanations gazeuses résiduelles. Elles surviendraient à la faveur de petit mouvements de l'écorce, dus à sa dilatation ou aux forces de marées.

La rué vers l'or sélène n'est pas pour demain. Le creusement de mines de fer non plus. Car bien que la Lune soit en théorie faite d'une partie du manteau de la Terre, tous les minerais susceptibles de s'y trouver n'ont subi aucune concentration. Et cela, pour une bonne raison : « Lors de l'impact majeur survenu sur la Terre et qui a expédié dans l'espace les roches du manteaux qui allaient devenir la Lune, celles-ci ont été chauffées, indique Pierre Thomas géologue à l'École normale supérieure de Léon. À ce moment, l'eau qu'elle contenaient a été perdue. » Or, sans eau (ni atmosphère), point de concentration de minéraux. « Sur la Terre, 99% des filons intéressants sont liés à l'action de l'eau, précise Pierre Thomas. Le fer provient de roches sédimentaires, certains nickels d'une altération de roches due à l'eau. Même le diamant a eu besoin d'eau pour remonter des profondeurs.»

La sentence demeure identique pour les minéraux les plus abondants de la Lune. « Ainsi l'oxyde de titane, pourtant présent en quantité dans certains basaltes lunaires, serait difficile à exploiter, commente Pierre Thomas. Sur la Terre, on l'extrait dans des endroits où les coulées de lave ont été remaniées par l'eau. Sur la Lune, de telle concentrations n'existent pas. » Sans compter que de nombreux minéraux manquent naturellement à l'appel dès le début. Par exemple, le fer, peu abondant dans le manteau terrestre et donc quasi impossible à retrouver dans les mers ou les cratères sélènes .. De quoi rester réservé face à un programme de retour sur la Lune qui vanterait l'exploitation de richesses minières !

En se refroidissant, ce disque se condense en une myriade de petits grains rocheux. Notre planète se voit ainsi dotée d'anneaux environ 10 000 fois plus massifs que ceux de Saturne ! Mais, peu à peu, ces grains migrent vers l'intérieur et se retrouvent suffisamment loin de la Terre pour que sa gravité n'empêche plus leur accrétion. Ils commencent alors à s'agglomérer les uns les autres au gré de multiples collisions. À peine un an plus tard, la Lune est formée. Elle est alors situé à moins de 25 000 km de la Terre (contre 380 000 km aujourd'hui).

Avant d'élaborer ce scénario, les scientifiques ont longuement tâtonné et ont émis plusieurs hypothèses quant à l'origine de la Lune. Dont celle-ci : la Terre et son satellite se sont formés en même temps dans la nébuleuse primitive. Toutefois les échantillons rapportés par les missions Apollo ont prouvé que la Lune contient beaucoup moins de fer que la Terre. Or, si ces deux astres étaient nés comme des jumeaux, ils devraient avoir la même composition... « En revanche, les analyses collent parfaitement avec la théorie de l'impact, souligne Alessandro Morbidelli de l'observatoire de Nice. Dans ce scénario en effet, la Lune s'est formée à partir du manteau du corps impacteur et de la Terre. Or, le manteau est toujours pauvre en fer car cet élément, plus lourd, ''tombe'' dans le coeur. » Une énigme demeure : pourquoi le rapport entre les isotopes de l'oxygène (O₁₆, O₁₇ et O₁₈), qui diffère pour chacun des milliards d'objets que contient le Système solaire, est-il identique que sur la Terre et sur la Lune ? « C'est un mystère », avoue le chercheur.

Une fois le couple Terre-Lune formé, il lui restait encore une épreuve à affronter, 650 millions d'années plus tard : l'intense bombardement d'astéroïdes et de comètes qui a profondément marqué le Système solaire pendant 10 millions d'années.

Dès que la météo le permet et que la Lune est dans une bonne phase, deux centres de recherche, l'un en France, l'autre au Texas, envoient un faisceau laser sur l'un des réflecteurs posés sur notre satellite par les missions Apollo. En mesurant le temps que la lumière met à revenir (soit 2,5s pour un aller-retour de 760 000 km au total), les chercheurs déterminent la distance Terre-Lune. « L'opération est d'autant plus délicate que seul 1% des photons émis revient sur Terre », précise François Mignard, du Centre d'études et de recherches en géodynamique et astrométrie. Cependant, l'étude des résultats mène à une conclusion incontestable : la Lune s'éloigne de nous de 3,5 cm par an ! Elle est repoussée par l'énergie qui provient des marées. En même temps, la force gravitationnelle à l'origine de ce phénomène ralentit la rotation de la Terre. Par conséquent, la durée du jour augmente, précisément de 1,6 milli-seconde par siècle.

À mesure que l'orbite de notre satellite s'élargira, sa taille apparente (aujourd'hui égale à celle du Soleil) diminuera. Au bout de 500 millions d'années, la Lune ne masquera plus entièrement le Soleil quand elle passera devant lui. Adieu éclipses totales. Ne se produiront alors que des éclipses annulaires, de plus en plus lumineuses avec le temps.

La Lune va ainsi continuer de s'éloigner de la Terre et la ralentir, jusqu'à ce que les deux objets deviennent synchrones : dans 5 milliards d'années, la période de rotation de la Terre sera égale au mois lunaire, soit 42 jours. En théorie seulement, car d'ici là l'évolution du Soleil aura sans doute grandement perturbé toute cette mécanique céleste.

Tout d'abord, la Terre tournerait beaucoup plus vite sur son axe. Avant que la Lune n'apparaisse et ne freine notre planète via sa force de gravité, celle-ci accomplissait un tour sur elle-même en seulement 6 heures. Mais surtout, le climat deviendrait fou ! En effet, la Lune stabilise l'axe de rotation de la Terre — dont l'inclinaison à 23,45º par rapport à la perpendiculaire à l'écliptique est responsable des saisons — et l'empêche de trop balancer « d'avant en arrière ». Comment accomplit-elle ce tour de force ?

Pour le comprendre, deux points sont à connaître. D'une part, l'écliptique oscille légèrement sur une période de 40 000 à 100 000 ans. D'autre part, les puissantes forces de marées engendrées par la Lune changent sensiblement la direction de l'axe de rotation terrestre. En se déplaçant, celui-ci décrit un cône en 25 800 ans. C'est ce que les scientifiques appellent la précession. Si la Lune n'était pas là, ce tour durerait environ 75 000 ans. « Le rythme des précessions concorderait alors (ou serait en résonance) avec l'oscillation de l'écliptique (1), explique Jacques Laskar, de l'IMCCE (2). Parce qu'il se retrouveraient en cadence, ces mouvements auraient un effet dramatique sur l'inclinaison de l'axe de rotation terrestre (l'obliquité) qui, en l'espace de quelques millions d'années, pourrait varier de 23.45º à 0 ou 90º !. ».

Le climat en serait bouleversé ! James Kasting, spécialiste des climats anciens à l'université de Pennsylvanie, donne quelques exemples : « À 0º d'obliquité, les pôles ne recevraient jamais d'ensoleillement, tandis qu'à 90º, ils seraient tour à tour glacials et surchauffés en fonction de la saison ». Dans ces conditions extrêmes, la vie aurait eu bien du mal à se développer... D'ailleurs, si on ne la détecte pas sur Mars, c'est peut-être justement parce que la planète rouge ne possède pas de satellite suffisamment massif pour la stabiliser. Du coup, l'inclinaison de son axe de rotation varie de 0 à 60º.

Pas de doute, la Terre est bien mieux accompagnée que sa voisine. Mais cette situation n'est pas éternelle. En effet, la distance Terre-Lune augmente à raison de 3,5 cm par an. Or, les modèles numériques montrent que dans 1,5 milliard d'années, elle sera si éloignée et ses effets de marée seront si atténués que la précession se retrouvera en résonance avec l'oscillation de l'écliptique, et l'obliquité sera libre de varier de 0 à 90º. La vie aura alors intérêt à s'accrocher ...

Le Graal lunaire est une petite molécule composée d'un atome d'oxygène et de deux d'hydrogène : l'eau. Jusqu'au XIXe siècle, il restera communément admis que les grandes taches sombres observées sur notre satellite sont des étendues d'eau — baptisées « mers », tout naturellement. Mais les instruments d'observation de plus en plus performants, ainsi que les premières missions d'exploration, mettent fin à ce mythe. Les mers sont en fait des écoulements de lave, et le sol lunaire s'avère d'une sécheresse inconsolable.

Les astronomes ne se découragent pas pour autant. En 1994, ils chargent la sonde Clémentine de cartographier le satellite. Certains échos radar que l'engin recueille au niveau des pôles semblent correspondre à la présence d'eau gelée, à l'ombre de profonds cratères. L'hypothèse n'est pas absurde : pour subsister, l'eau lunaire doit être à l'abri des rayons du Soleil. Car la température de la surface éclairée peut atteindre 123ºC, ce qui la vaporiserait rapidement. Des observations réalisées par le radio-télescope d'Arecibo vont mettre un terme à ces espérances. Les signaux radar ne confirment pas la présence d'un matériau réellement différent du sol lunaire.

Malgré tout, les Américains lancent en 1998 Lunar Prospector, dotée d'équipement capables de pister l'eau. Et là, dans les régions polaires, la sonde découvre le pactole : de l'hydrogène en veux-tu en voilà. La quantité de glace d'eau, dissimulée sous une couche de roche, est estimée à 6 milliards de tonnes ! De quoi abreuvoir tout une colonie lunaire. Mais le rêve se brise en même temps que l'engin. Lorsque Lunar Prospector s'écrase sur le sol lunaire, en juillet 1999, dans le but de vaporiser un peu de ce trésor, aucun panache n'apparaît. De surcroît, en 2006, Arecibo ausculte à nouveau les cratères constamment à l'ombre : toujours aucune glace d'eau. L'espoir repose désormais sur la mission Lunar Reconnaissance Orbiter, qui décollera fin 2008.