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La Lune, encore et toujours convoitée

Si la planète Mars est depuis quelques années le point de mire de bon nombre de scientifiques, la Lune n’est pas en reste. Les Etats-Unis développent un programme titanesque pour y construire une base habitée, le Japon vient d’y envoyer une sonde dotée d’outils de mesure d’une précision extraordinaire, la Chine et l’Inde se lancent aussi dans l’aventure. Pourquoi la lune suscite-t-elle encore tant d’engouement ? En cette fin d’année où la recherche spatiale est à l’honneur avec la célébration du cinquantième anniversaire de Spoutnik , faisons le tour des projets scientifiques relatifs à l’exploration de notre satellite.

Pourquoi y retourner ?

La dernière mission lunaire n’est pas si ancienne. Le projet Smart-1, de l’Agence Spatiale Européenne (ESA), vient à peine de s’achever et l’exploitation des données est encore loin d’être terminée. Entre 2004 et 2006, la sonde européenne a mesuré à l’aide d’instruments à rayons X et infrarouge la composition chimique et géologique de la surface lunaire. Ces mesures, associées aux images d’une micro-caméra optique, ont permis de cartographier les ressources minérales de la lune ainsi que son illumination, et de récolter des détails volcaniques afin de reconstituer une partie de son histoire. Le calcium a, pour la première fois, été mis en évidence.

Mais la lune nous cache encore beaucoup de choses. Beaucoup de zones n’ont pas encore été sondées et celles qui l’ont été n’ont pas révélé tous leurs secrets (composition et topologie précises). De grandes questions demeurent. Y-a-t-il de l’eau sur la lune ? Pourquoi la face cachée de la lune  et sa face visible sont-elles aussi différentes ? Autant de questions qui attendent des réponses.

La lune bientôt colonisée

Le regain d’activités scientifiques autour de la lune s’explique aussi, et surtout, par une ambition qui habite l’Homme depuis longtemps : la colonisation de l’espace. Ce rêve, qui ouvre aujourd’hui une nouvelle ère de la conquête spatiale, pourrait devenir rapidement réalité. D’ici vingt ans, les Américains prévoient d’installer une base habitée permanente autonome sur notre satellite.

Selon Bernard Foing, coordinateur senior de recherche à l’ESA et père de la mission Smart-1, cinq raisons majeures poussent les terriens à s’établir sur la lune :

• Pour la science tout d’abord. Rien ne vaut d’être sur place pour continuer à sonder la nature et les propriétés de la lune. Les mesures effectuées in-situ et la force d’un géologue sont irremplaçables.
• Pour développer des technologies de survie afin de préparer la conquête d’autres astres, comme Mars par exemple. Une base lunaire pourrait ainsi servir de poste avancé.
• Pour travailler dans un lieu de collaboration internationale rêvé. D’un point de vue législatif, notre satellite n’appartient à personne, bien que les Américains y aient planté leur drapeau ! Il est donc à tout le monde.
• Pour assouvir l’esprit de conquête de notre civilisation. La lune sera bientôt notre 8ème continent.
• Pour exploiter et vendre ses ressources.

Qui se lance dans l’aventure ?

Aujourd’hui, c’est l’Asie, avec en premier lieu le Japon, qui investit le plus dans l’exploration lunaire. Les Etats-Unis se préparent à engager de gros moyens, mais pas avant fin 2008. De son côté, L’Europe n’a pas de nouveau grand projet en vue, mais collabore tout azimut. La Russie, quant à elle, est à la traîne. Elle travaille cependant avec la Chine et vient d’annoncer sa volonté d’élaborer un projet de vols habités vers la lune d’ici 2040.

Le Japon
Le 14 septembre dernier a démarré la nouvelle mission lunaire nippone baptisée Selene  avec la mise en orbite terrestre de la sonde Kaguya. A la fin du mois d’octobre, Kaguya, qui tire son nom d’une vieille légende japonaise, devait se rapprocher de la lune et entamer un programme d’observation de grande envergure, « la plus grande mission lunaire depuis le programme Apollo » selon l’agence japonaise d’exploration spatiale (JAXA). Cette sonde et deux satellites annexes tourneront autour de la lune à 100 km d’altitude pendant un an et communiqueront à la Terre une multitude de données scientifiques d’une précision inégalée, grâce à plus de 200 kg d’instruments embarqués. Par exemple, la résolution des caméras atteindra 5 mètres, contre 50 mètres pour sa grande sœur Smart-1 ! « C’est une véritable Rolls-Royce de l’espace », confie Bernard Foing.

L’objectif principal de la mission Selene sera de faire la lumière sur l’origine et l’histoire de la lune car le mystère demeure. Pour cela, les instruments à bord de Kaguya devront effectuer une topographie précise des éléments chimiques en repérant par exemple la présence d’uranium, de fer ou de magnésium. Ils mesureront par ailleurs le champ de gravitation et les différents rayonnements provenant de la surface lunaire. L’analyse de toutes ces données pourrait permettre de valider, ou non, l’hypothèse selon laquelle le sol lunaire était par le passé recouvert d’un océan de magma en fusion, qui s’est ensuite refroidi et a donné naissance à une couche primitive au sein de laquelle s’est développée une activité volcanique intense.
La Chine et l’Inde
La forte croissance économique de la Chine et de l’Inde permet aujourd’hui à ces deux pays de se lancer dans la conquête spatiale. Leur ambition est tout d’abord motivée par le prestige et la volonté de rejoindre le cercle des grandes puissances.

Mi-septembre, la Chine, qui concentre tous ses efforts en recherche spatiale vers la lune, a confirmé son intention d’y envoyer une sonde très prochainement. Chang’e I, mis au point en étroite collaboration avec la Russie, serait déjà sur sa rampe de lancement et devrait entrer en orbite autour de la lune d’ici la fin 2007. Objectifs de la première phase de la mission chinoise : réunir des images de l’astre en 3 dimensions, étudier la composition chimique du sol et analyser l’espace interplanétaire Terre-lune. Ensuite, en 2012, les scientifiques chinois comptent faire alunir un véhicule robotisé (rover) afin de récolter des échantillons.

De son côté, l’Inde prévoit, vraisemblablement au printemps 2008, de démarrer une mission lunaire baptisée Chandrayaan-1. La sonde, armée de deux instruments de mesures américains, pourra, comme toutes les autres missions concurrentes, analyser le sol lunaire (topographie, composition) et aussi détecter la présence éventuelle de glaces dans certaines régions lunaires à l’ombre en permanence et affichant donc de très basses températures.


Les Etats-Unis
Après une longue absence, les Américains sont de retour sur le devant de la scène avec une vaste mission lunaire qui devrait débuter en octobre 2008. La NASA (agence nationale de l’aéronautique et de l’espace) a dévoilé en septembre les détails de son futur programme.

L’objectif principal de la mission américaine est d’établir une base habitée permanente et autonome sur la lune. Mais comment attendre l’autarcie complète ? C’est ce sur quoi plancheront les scientifiques de la NASA entre 2008 et 2020, date à laquelle des astronautes américains devraient à nouveau fouler le sol de la lune, soit 51 ans après l’exploit mythique de Neil Armstrong. Ils y resteront environ 7 jours terrestres et dès 2024, une présence permanente, avec des roulements tous les six mois, est envisagée.

Les véhicules destinés à l’exploration et la collecte d’échantillons ressembleront aux buggies (sorte de jeeps lunaires) utilisés lors des missions Apollo , mais seront pressurisés et protégés des radiations, a priori par une couche d’eau protectrice. Ainsi, les astronautes pourront se déplacer confortablement, sans porter de combinaison encombrante.

Par ailleurs, l’idée première de concevoir de petits modules habitables a été abandonnée au profit d’une base unique de grande taille larguée sur la lune par un vaisseau inhabité, le Doug Cooke. Cette station, où les futurs habitants vivront la plupart du temps (pour dormir, manger, etc.), sera certainement enterrée. La surface lunaire est en effet hostile. Dépourvue d’atmosphère, elle est soumise à des radiations intenses et, dans la plupart des régions, à des écarts de température importants. Bernard Foing, de l’ESA, estime que l’enfouissement de la base ne posera pas de problème majeur. « On sait le faire » précise le scientifique. En revanche, d’autres défis, et non des moindres, sont à relever. Il nous les explique : « Il faudra développer, entre autres :• des moyens de production d’électricité performants, à partir de l’énergie solaire,
• un système de recyclage pour l’eau, qui sera, soit extraite des glaces (si on en trouve), soit apportée directement de la Terre,
• un dispositif d’extraction de l’oxygène du sous-sol pour la respiration et la production de fuel,
• une serre fonctionnant en circuit fermé. »

La tâche est immense. Mais les Américains ne seront pas tous seuls à s’y atteler. Ils se tourneront vers l’Europe, qui, selon Bernard Foing, « est très bien placée dans les technologies relatives à la survie ».

Fiche d’identité de la lune

La lune est l’unique satellite de la Terre. Bien qu’elle n’émette pas de lumière, nous pouvons l’observer grâce aux rayons du soleil qu’elle reçoit. Une partie de ces rayons se reflète en effet sur sa surface et parvient jusqu’à nous. Suivant la position relative de la lune, du soleil et de la terre, il nous est possible de voir sa face visible en entier (pleine lune) ou en partie (croissant de lune).
• Age : plus de 4 milliards d’années
• Rayon : 1737 km (moins d’un tiers du rayon terrestre)
• Température en surface : de -173 °C (la nuit) à +127 °C (le jour). Aux pôles, elle peut atteindre – 240 °C.
• Période de révolution sur elle-même : 27,3 jours
• Période de révolution autour de la terre : 27,3 jours
• Distance Terre-Lune : 384 400 km
• Premiers pas de l’homme sur la lune (mission Apollo 11) : 20 juillet 1969

Comment la lune s’est-elle formée?

Cette question n’est pas encore totalement élucidée. Selon le scénario le plus communément admis, la lune serait née à partir de fragments terrestres éjectés après une collision avec un objet céleste géant (de la taille de la planète Mars), baptisé Théia. Les autres hypothèses ne font pas l’unanimité, mais ne peuvent cependant pas être écartées. Il est possible que la lune se soit formée en même temps que notre planète à partir de l’accrétion, c’est-à-dire l’agglomération, de la matière présente dans le système solaire. Il est aussi envisageable que la lune, astéroïde en ballade, ait été capturée par la gravitation terrestre. Enfin, suivant la dernière hypothèse, notre satellite aurait pu naître à partir d’un morceau de Terre arraché par la force centrifuge.

Pourquoi la lune a-t-elle une face cachée ?

La lune met autant de temps pour tourner sur son axe que pour tourner autour de la Terre. Donc, lorsqu’elle effectue un quart de tour sur elle-même, elle accomplit un quart de tour autour de la Terre. Lorsqu’elle effectue un demi-tour sur elle-même, elle tourne aussi d’un demi-tour autour de la terre, et ainsi de suite (voir schéma ci-contre). Ainsi, un observateur sur la Terre verra toujours la même face lunaire. L’autre lui est cachée à tout jamais … Cette concordance est-elle pure coïncidence ? Non. Presque toutes les planètes observent le même phénomène avec leurs satellites. On appelle ça le synchronisme. La nature étant partisane du moindre effort, elle a tendance à aller vers la configuration qui lui demande le moins d’énergie. Ainsi, au cours du temps, la lune a réduit sa vitesse pour limiter les distorsions et atteindre un équilibre.
Stéphanie Delage pour Science.gouv.fr

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