L’étude de la structure interne de la Lune est intimement liée à celle de l’histoire de la formation du couple Terre-Lune. En particulier, la taille d’un éventuel noyau de la Lune, la structure du manteau de la Lune, la température actuelle de cette dernière sont autant d’éléments permettant de contraindre la taille de l’impacteur géant qui a produit la Lune. De plus, l'existence d'un satellite comme la Lune près de la Terre est une différence notable avec Venus et Mars. En particulier, la formation de la Lune a probablement joué un rôle important dans la ségrégation du noyau terrestre et donc dans les conditions initiales d'évolution de la Terre. Pour cette raison, comprendre l'évolution de la Lune peut nous apprendre beaucoup sur l'évolution de la Terre, et contraindre la structure interne de la Lune peut nous donner des contraintes sur l’impact entre la Terre et proto-Lune.
Nos études sont actuellement basées sur les données des missions Apollo, des dernières missions orbitales lunaires, entre autres Lunar Prospector, Clementine et Smart-1 et des futures missions lunaires, dont la mission Indienne Chandryaan-1.
Nous avons ainsi retraité complètement les données sismiques Apollo afin de préciser la structure lunaire. Nous avons pour cela utilisé les différents types d'événements sismiques (impacts météoritiques et artificiels, séismes superficiels et profonds) enregistrés par les 4 stations du réseau Apollo, entre 1969 et 1977, et avons procédé à une analyse complète et indépendante du jeu de données. Les meilleurs modèles de vitesses sismiques ont été déterminés avec près de 60 événements. Pour la première fois, les hétérogénéités latérales de la croûte ont enfin été estimées avec une analyse conjointe des données sismiques et gravimétriques. Nous utilisons également les données géodésiques (densité, moment d’inertie, nombre de Love) pour mieux contraindre la taille du noyau Lunaire. Nos études actuelles se tournent vers l’analyse fine de la sismicité de la Lune. Aussi surprenant que cela puisse être, des séismes de magnitude 4 ont parfois lieu, à des faibles profondeurs. Ces séismes pourraient générer des risques faibles mais significatifs pour les futures bases lunaires, en particulier au pôle sud, un des emplacements actuellement considéré par la NASA pour une base permanente.

Exemple de mesure, par des données sismiques, de l’épaisseur de la croûte de la Lune en plusieurs points. Les impacts de météorites sont pour cela utilisés.

Position des plus forts séismes superficiels détectés par le réseau sismique Apollo. A noter un fort séisme au pole Sud, là ou une base permanente pourrait être installée vers 2020. Une meilleure étude de la sismicité lunaire est donc importante pour s’assurer de la sécurité de ces futures bases.

Ces études sur la structure interne complètentnos travaux sur l'analyse des données de télédétection. Avec la mission Lunar prospector, les premières cartes de la composition de la croute lunaire ont été obtenue, permettant de mieux comprendre la dichotomie entre la face visible et cachée. Ces observations ont montré que ces éléments radio-actifs (Th, U en K) sont concentrés dans une petite région géologique de la face visible, et nos travaux ont montré que la chaleur produite par ces derniers a été suffisante pour générer une fusion partielle du manteau supérieure. Nous continuons donc à étudier cette région lunaire avec la re-analyse des données de flux de chaleur d'Apollo. Notre participation à au Spectromètre X (C1XS) de la mission Indienne Chandryann-1 nous permettra d'en savoir plus, avec la cartographie des variations en magnésium de la croûte lunaire.
Bien des questions demeurent donc ouvertes : Le déploiement d'un réseau d'observatoires sur la Lune est donc un objectif scientifique majeur du programme d'exploration international de la Lune, identifié par la communauté scientifique lors de la dernière conférence de l'ILEWG (http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=38863 ). Nous travaillons activement à cet objectif dans le cadre de collaboration avec des équipes américaines (Jet Propulsion Laboratory, Université de Notre-Dame), allemande (DLR), japonaise (ISAS) et industrielles (Astrium), dans le cadre des projets de la NASA , de l'ESA et de JAXA.