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Visé deux fois, atteint une. Le pôle sud de la Lune était l’objectif de la mission russe, Luna-25, qui vient de s’écraser sur le sol sélène. Cet échec de Roscosmos a sans aucun doute été vécu comme un sacré coup de pression par les ingénieurs de l’Organisation indienne pour la recherche spatiale (ISRO). Leur réussite n’est en que plus éclatante, puisque le 23 août 2023 la mission Chandrayaan-3 s’est posée avec succès dans la région du pôle sud. Mais pourquoi là en particulier ? Sciences et Avenir a posé la question à Frédéric Moynier, professeur en cosmochimie à l’université Paris Cité et chercheur à l’Institut de physique du globe de Paris. Ce chercheur passionné par les conditions de formation de notre satellite revient sur les caractéristiques du pôle sud lunaire, lieu désormais scruté par toutes les grandes nations du monde.
« Le pôle sud de la Lune abrite de l’eau sous forme de glace »
Sciences et Avenir : L’actualité des derniers jours montre bien l’appétit des grandes nations pour la Lune…
Frédéric Moynier : Dans les années 1970, jusqu’à la fin des missions américaines Apollo, ou celles faites par l’Union soviétique comme Luna-24, tous les regards étaient tournés vers la Lune. Ensuite, les regards avaient basculé vers Mars. Mais depuis une dizaine d’années, les succès des missions chinoises ont relancé l’intérêt à la fois scientifique et politique pour notre satellite. Le point culminant a été la mission Chang’e 5 qui, en 2020, a permis le retour d’échantillons sur Terre. Ces morceaux de roches viennent du nord de l’équateur de la Lune. La mission indienne Chandrayaan-3, qui vient de se poser dans la région du pôle sud de la Lune, est la première à alunir dans cette zone.
Pourquoi le pôle sud ?
Ce choix s’explique dans ce contexte d’un regain d’intérêt géopolitique pour notre satellite. Les Américains veulent y revenir avec le programme Artemis, et projettent de construire une base habitée. Les Chinois ont un objectif comparable. Or pour pouvoir laisser des humains sur la Lune pendant plusieurs mois, voire davantage, il faudra exploiter les ressources lunaires. Et particulièrement l’eau. Or les scientifiques savent qu’il en existe au pôle sud, sous la forme de glace.
Pourquoi là en particulier ?
Certains reliefs du pôle sud de la Lune sont plongés dans une nuit éternelle : dans ces cratères-là, il y a de la glace en permanence. Ce sont des pièges à eau. Autrement dit le pôle sud présente des caractéristiques qui permettent à la glace d’être conservée. Ailleurs, les stocks sont plus volatils.
D’où vient cette eau ?
Observez une image de la Lune : elle est recouverte de cratères, signe du fait qu’elle est bombardée en permanence par des astéroïdes et des comètes. Cela dure depuis sa formation, il y a 4,5 milliards d’années – elle a à peu près l’âge de la Terre. Ce sont ces impacts qui amènent de l’eau, à chaque fois évaporée dans le choc de la collision. Mais la vapeur peut ensuite se condenser et former de la glace dans les endroits les plus froids de la Lune, comme ces reliefs du pôle sud que nous venons d’évoquer.
« Le bassin Pôle Sud-Aitken de la Lune est aussi intéressant d’un point de vue scientifique »
Mais comment sait-on que le pôle sud de Lune renferme des stocks importants de glace, puisque jusqu’à présent nous ne nous y étions jamais posé ?
Longtemps, les scientifiques ont effectivement pensé que la Lune était dépourvue d’eau. Suite aux missions Apollo, notre satellite était considéré comme le milieu le plus sec qu’on ait jamais vu ! C’est-à-dire que même au cœur des cailloux lunaires, on pensait qu’il n’y avait pas de molécule d’eau. C’est du reste la première conclusion qui a été tirée de l’analyse des échantillons lunaires ramenés par le programme Apollo. Face à ce corps, asséché au maximum, est partie l’idée que la Lune était née d’un impact géant avec la Terre. Le choc aurait atteint des milliers de degrés, ce qui aurait expliqué que toute l’eau présente à l’origine avait été vaporisée. Ce portrait d’une Lune sans eau a dominé pendant 30 à 40 ans. Les choses ont changé progressivement, à cet égard la mission LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite) a été déterminante, particulièrement pour identifier le pôle sud comme un lieu d’intérêt. Cette mission américaine d’il y a une vingtaine d’années avait, alors que cette sonde était en orbite autour de la Lune, tiré un projectile au niveau du pôle sud pour y faire un impact donc elle a analysé le matériel pulvérisé. Et de l’eau a été identifiée. Je me souviens qu’à l’époque on avait évoqué l’équivalent de « plusieurs seaux d’eau » : pas tant que cela en somme, mais assez pour changer de paradigme. Cela a relancé l’intérêt des scientifiques pour le sujet. Certains ont procédé à de nouvelles analyses des échantillons d’Apollo : des dispositifs modernes ont finalement permis d’y trouver d’infimes traces d’eau !
Cette présence d’eau est déjà un argument décisif… Mais est-ce le seul attrait du pôle sud ?
Pour poser une mission spatiale, il faut identifier un terrain plat propice à l’atterrissage. Et au pôle sud, il y a un énorme bassin formé par un cratère d’impact : le bassin Pôle Sud-Aitken. Les arguments scientifiques pour déterminer une cible peuvent être nombreux, mais c’est surtout le niveau « pratique » en ingénierie qui va prévaloir. L’échec récent de la mission russe Luna-25 est là pour rappeler qu’il demeure extrêmement complexe de poser un engin sur la Lune. Ceci étant dit, le bassin Pôle Sud-Aitken est aussi intéressant d’un point de vue scientifique : comme cela a été le lieu d’un gigantesque impact, cela a remué les roches ; beaucoup de matériaux normalement à l’intérieur de la lune ont été remis à la surface. On pourrait donc y trouver, proche de la surface, des matériaux tirés de son manteau, et qui seraient de précieuses sources d’information quant à la façon dont la Lune s’est formée.
La Lune comme source d’hélium
C’est un projet à très long terme : exploiter l’hélium en surface de la Lune, et cela pour le bénéfice de la Terre. Cet hélium ne vient pas des entrailles de notre satellite, il a été émis par le Soleil. En effet notre étoile est constituée d’hélium et d’hydrogène ; ces particules alimentent le vent solaire que l’astre produit naturellement. Sur la Lune, ces éléments sont absorbés par les grains de matières qui recouvrent le sol sélène. En revanche, ce phénomène n’existe pas sur Terre : le champ magnétique de notre planète empêche les vents solaires d’arriver jusqu’au plancher des vaches. Comme la Lune n’a pas cette protection magnétique, l’hélium et l’hydrogène s’accumulent à sa surface depuis 4,5 milliards d’années. « On parle d’une couverture au sol sur plusieurs mètres, reprend Frédéric Moynier. Il s’agirait donc de récolter cette matière, puis de la chauffer pour récupérer l’hélium : il pourrait être employé sur Terre pour des réactions de fusion nucléaire que l’on s’efforce de maîtriser pour produire de l’énergie. » Un scénario vraiment futuriste, puisque ce type de réaction, qui existe aux seins des étoiles, n’est pas encore maîtrisé par nos ingénieurs, comme ceux qui animent par exemple le projet Iter, près d’Aix-en-Provence. « Mais l’hélium n’existe pas sur Terre, reprend Frédéric Moynier, ou plus précisément son isotope nécessaire aux réactions de fusion est en extrêmement faible abondance. » D’où l’idée d’aller le chercher ailleurs, et donc sur la Lune, où le stock est énorme, quoique par définition limité.
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