Un grain de poussière lunaire nanoscopique, à peu près aussi large qu’un cheveu humain, peut désormais être analysé en haute résolution, atome par atome.
Grâce à une approche innovante appelée tomographie par sonde atomique (APT), des chercheurs de l’université de Chicago affirment avoir trouvé un moyen de conserver notre échantillon limité de précieuses roches lunaires, recueillies lors des missions Apollo.
“Il y a cinquante ans, personne ne prévoyait que quelqu’un analyserait un jour un échantillon avec cette technique, et en n’utilisant qu’une infime partie d’un grain”, explique le géophysicien Philipp Heck de l’université de Chicago, qui est également conservateur au Field Museum.
“Des milliers de ces grains pourraient se trouver sur le gant d’un astronaute, et ce serait un matériau suffisant pour une grande étude”
Il est ahurissant de penser que quelque chose d’aussi petit peut contenir autant d’informations, sans parler du fait que nous pouvons en quelque sorte accéder à cette bibliothèque de connaissances.
L’APT, l’ingénieuse technique qui nous donne cet accès, est si sensible qu’elle permet d’imager un minuscule échantillon de matériau atome par atome, donnant aux chercheurs une puissante analyse 3D de la source.
Pour analyser un grain de poussière lunaire à l’aide de l’APT, la géophysicienne Jennika Greer, de l’université de Chicago, a préparé un échantillon en forme d’aiguille de quelques centaines d’atomes seulement – elle a taillé ce minuscule pilier dans le grain avec un faisceau focalisé d’atomes chargés.
“Nous pouvons utiliser l’expression nanocarpenterie”, explique Heck. “Comme un charpentier façonne le bois, nous le faisons à l’échelle nanométrique pour les minéraux”
Préparation des “aiguilles” à décoller du grain de poussière. (Greer et al., Meteoritics & Planetary Science, 2020)
Vient ensuite la partie sonde atomique – à l’aide d’un laser, les chercheurs ont fait tomber les atomes de leur échantillon en forme d’aiguille un par un, en regardant chaque atome s’envoler et frapper une plaque de détection.
Certains éléments se détachent de l’échantillon à des vitesses différentes, ce qui a permis aux chercheurs d’analyser la composition et la texture réelles de l’échantillon. Par exemple, le fer met plus de temps à atteindre la plaque de détection que l’hydrogène, car c’est un élément plus lourd.
Un minuscule morceau aiguisé d’un grain de poussière lunaire. (Jennika Greer/Field Museum)
Selon les auteurs, c’est la première fois que nous sommes capables de voir à la fois les types d’atomes et leur emplacement exact dans un minuscule grain de sol lunaire. Mieux encore, comme ils ont prélevé très peu de matière sur le grain, l’échantillon original est encore largement intact et disponible pour de futures recherches.
“Cette technique a une sensibilité et une résolution tellement élevées qu’elle permet de découvrir des choses que l’on ne trouverait pas autrement et de n’utiliser qu’une petite partie de l’échantillon”, explique M. Heck.
Les résultats ont déjà convaincu la NASA de financer trois années d’études sur la poussière lunaire, en utilisant l’APT pour quantifier la teneur en eau et le niveau d’altération spatiale.
Récemment, des chercheurs ont suggéré que la Lune renferme d’importantes réserves d’eau dans les couches profondes du sous-sol, et le fait de pouvoir en trouver la preuve dans les échantillons de sol dont nous disposons déjà serait énorme.
Contrairement à notre propre planète, la Lune n’a pas d’atmosphère pour la protéger. Et l’espace est un environnement difficile, surtout avec le Soleil qui tape dessus, envoyant des flux incessants de particules solaires et de rayons cosmiques de radiation.
Le sol de la Lune a été si profondément altéré par cette météorisation que ce qui se trouve à l’intérieur du satellite ne correspond probablement pas à son extérieur. En comprenant comment la surface a changé, les auteurs de la nouvelle étude espèrent que nous pourrons, d’une manière ou d’une autre, inverser l’horloge et essayer de comprendre ce que le sol lunaire était autrefois.
Dans la carte 3D à l’échelle nanométrique que Greer et ses collègues ont créée pour leur échantillon de poussière lunaire, l’équipe note plusieurs produits de l’altération spatiale, notamment du fer en microphase, de l’hydrogène et même une vésicule qui pourrait avoir été remplie d’ions provenant du vent solaire.
“Grâce à quelque chose comme ça, nous comprenons à quoi ressemble l’environnement sur la Lune”, dit Greer.
“Cela va bien au-delà de ce que les astronautes sont capables de nous dire lorsqu’ils marchent sur la Lune”. Ce petit grain préserve des millions d’années d’histoire. “
L’étude a été publiée dans la revue Meteoritics & Planetary Science.