Couverture, r´esolution des mesures

D’un point de vue sismologique, la croˆute lunaire a jusqu’ici ´et´e consid´er´ee `a sym´etrie sph´erique, d´ecrite uniquement par son ´epaisseur et ses vitesses P et S. En effet, la cou- verture spatiale du r´eseau sismologique Apollo ne permet pas d’´echantillonner la globa- lit´e de la surface de la Lune, puisque `a la fois les sources identifi´ees `a ce jour, et les r´ecepteurs, se situent sur la face visible du satellite (cf. Chapitre 2). En plus de cette couverture h´emisph´erique, la r´esolution des signaux et le nombre de stations n’ont permis que d’´elaborer des mod`eles sismiques moyens, sans faire de distinction entre les diff´erentes r´egions. Pour les diff´erents sites o`u ont ´et´e men´ees des exp´eriences de sismique r´efraction [Cooper et al., 1974], il est possible de contraindre la structure superficielle, mais pour des profondeurs ne d´epassant pas 1-2 km dans le meilleur des cas. De mˆeme l’analyse spectrale des rapports des diff´erentes composantes image les quelques premi`eres centaines

S12 S14

S15

S16

Crustal thickness anchored with 30km below Apollo 12 site

A S12 S14 S15 S16 −180 −90 0 90 180 90 60 30 0 −30 −60 −90 Crustal thickness (km) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 S12 S14 S15 S16

Crustal thickness anchored with 45km below Apollo 12 site

B S12 S14 S15 S16 −180 −90 0 90 180 90 60 30 0 −30 −60 −90 Crustal thickness (km) 20 40 60 80 100 120 140 S12 S14 S15 S16

Crustal thickness anchored with 60km below Apollo 12 site

C S12 S14 S15 S16 −180 −90 0 90 180 90 60 30 0 −30 −60 −90 Crustal thickness (km) 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Fig. 7.1 – Cartes d’´epaisseur crustale, r´esultant de l’inversion du champ de gravit´e et de la topographie. Chacune est ancr´ee avec une valeur diff´erente sous la station Apollo 12 (a-30, b-45, c-60 km). Les sites (impacts + stations) utilis´es dans l’inversion des donn´ees sismologiques sont repr´esent´es. L’´echelle de couleur est ind´ependante pour chaque carte.

7.1. PROBL ´EMATIQUE 125 de m`etres sous les stations [Mark et Sutton, 1975, Horvath et al., 1980]. Ces r´esultats sont d´etaill´es dans le Chapitre 4. Comme nous l’avons vu dans le Chapitre 5, la sismologie a fourni diff´erents mod`eles de l’int´erieur de la Lune, qui sont tous des mod`eles radiaux : ils constituent une moyenne de la structure interne telle qu’elle est vue par l’´echantillonnage des rais sismiques disponibles. L’estimation courante jusqu’`a peu ´etait donc d’environ 60 km pour les sites Apollo 12 et 14 qui sont tr`es proches. Notons une ´evaluation de 75 km pour le site Apollo 16 [Goins et al., 1981c], `a prendre avec pr´ecaution car l’identi- fication des ondes multiples et refract´ees parait subjective ; n´eanmoins, il semble que la

station Apollo 16 repose sur une croˆute plus ´epaisse que les stations 12 et 14, selon les

mod`eles issus du champ de gravit´e (cf. Zuber et al. [1994],Wieczorek et Phillips [1998] et Figures 7.1.

D’autre part, la croˆute de la Lune peut ˆetre appr´ehend´ee en utilisant les donn´ees

de champ de gravit´e et de topographie, issues des missions Apollo 15 et 16, Clementine et Lunar Prospector. La couverture parait nettement plus globale que la sismologie au premier abord, car les sondes peuvent a priori survoler des ´etendues illimit´ees et avec peu de contraintes, mais il est important de retenir les limites que les donn´ees impliquent dans chaque cas. Les sous-satellites des missions Apollo couvraient l’h´emisph`ere cach´e mais avaient une orbite ´equatoriale, et donc une couverture latitudinale tr`es limit´ee (Figure 7.2). R´ecemment, Clementine et Lunar Prospector ont offert une couverture beaucoup plus compl`ete et dense, puisqu’en orbite polaire. Cependant, le terme “couverture globale” doit ˆetre consid´er´e avec pr´ecaution.

Fig. 7.2 – Couverture spatiale du sub-satellite Apollo 16. (Gamma Ray map, [Heiken et

al., 1991]).

En effet, les mesures de gravit´e par suivi de satellites depuis la Terre impliquent que ceux-ci doivent ˆetre visibles, car c’est le d´ecalage par effet Doppler de la fr´equence d’un signal radio ´emis entre le sol et la sonde, qui donne la vitesse relative de l’orbiteur par rapport `a la station radio sur Terre. Cette vitesse est li´ee `a la vitesse de la station, `a la vitesse relative de la Lune par rapport `a la Terre, `a la vitesse orbitale moyenne, et enfin

`a la perturbation de l’orbite du satellite, qui d´epend de la r´epartition de la masse de l’objet autour duquel il tourne. Il est impossible de suivre une sonde en orbite autour de notre satellite une fois l’horizon d´epass´e d’environ 20◦ _{(valeur d´ependant de l’altitude de}

la sonde). Comme la Lune pr´esente toujours la mˆeme face `a la Terre, une zone d’ombre d’environ 70 degr´es est ainsi centr´ee sur 0◦_{N et 180}◦_{E. Toutefois, les anomalies de gravit´e}

pr´esentes dans cette zone affectent l’orbite des sondes `a long terme et il est possible d’estimer le champ de gravit´e qui y r`egne. Dans le mod`ele de champ de gravit´e le plus r´ecent de Konopliv et al. [2001], le champ de la face visible est connu `a ∼30 mgals et celui de la face cach´ee `a ∼200 mgals, ce qui correspond au signal respectivement produit par environ 100 m et 1 km de materiel crustal en plus ou en moins au niveau de la surface.

De plus, les mod´elisations de l’´epaisseur crustale n´ecessitent de connaˆıtre la topogra- phie, qui elle aussi a une r´esolution particuli`ere selon le jeu de donn´ees. Selon l’altitude, l’angle de vis´ee, le relief du sol, et l’intensit´e du rayonnement solaire, les mesures de l’altim`etre laser de Clementine (contribuant `a la meilleure description de la topographie lunaire `a ce jour) ont des incertitudes diff´erentes qui peuvent conduire `a leur invalidation. De plus, la r´esolution spatiale d´epend de l’´ecartement des trajectoires, et de la r´ecurrence des mesures. La Figure 7.3 illustre la r´epartition des mesures d’´el´evation Clementine ac- cept´ees, et donc la couverture r´eelle. L’erreur typique sur la mesure et l’interpolation de la topographie est inf´erieure `a 1 m. C’est donc l’erreur sur le champ de gravit´e qui a le plus de poids sur l’´evaluation de l’´epaisseur crustale.

Fig.7.3 – Points de mesure de la topographie par Clementine. Seuls tous les points valid´es

7.1. PROBL ´EMATIQUE 127