Une vue d'artiste d'une base lunaire de l'ESA. © ESA, P. Carril
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Les colons pourront boire de l'eau des volcans lunaires

ActualitéClassé sous :Astronomie , colonisation de la Lune , glace lunaire

[EN VIDÉO] La Lune comme vous ne l'avez jamais vue !  Découvrez la Lune en 4K à travers les yeux de la sonde LRO. Cette dernière, qui vient de fêter ses 10 ans, nous livre des images très détaillées de plusieurs régions de notre satellite. Ici, le cratère Tycho et les pentes de sa montagne centrale surmontée d’un rocher solitaire ; là, le vaste réseau de cratères au pôle sud, à l’intérieur du plus ancien bassin d’impact de la Lune. Un régal pour les yeux. Une balade à savourer en plein écran. 

Il y a des indications de la présence d'eau sous forme de glace aux pôles lunaires mais la quantité et l'origine de cette glace sont encore indéterminées. Elle pourrait venir de l'activité volcanique lunaire qui était importante il y a plus de 2 milliards d'années. Les futurs colons qui pourraient exploiter cette glace pourraient donc boire de l'eau d'origine volcanique.

On sait que les volcans sur Terre libèrent de la vapeur d'eau lors de leurs éruptions. On a même pensé un temps que toute l'eau des océans provenait de la condensation dans l'atmosphère en refroidissement de la jeune Terre de l'Hadéen. Son contenu en vapeur d'eau aurait alors été le produit d'un intense dégazage volcanique du manteau de la future Planète bleue au cours des premières centaines de millions d'années de son existence. La présence d'eau dans son manteau est un vestige de sa formation primordiale par accrétion.

Le sujet de l'origine de l'eau des océans s'est ensuite un peu compliqué car on s'est posé la question de la quantité d'eau initiale précise apportée par accrétion, de la part des arrivées plus tardives sous forme par exemple de comète et enfin de la façon dont cette eau s'est retrouvée stockée dans les entrailles de la Terre. À cet égard, une théorie intéressante a été proposée récemment par le grand physicien et cristallographe russe Artem Oganov et ses collègues.

Les volcans et l'atmosphère lunaire

La Terre n'est pas le seul corps rocheux du Système solaire où une importante activité volcanique s'est produite. C'est incontestablement le cas de la Lune au cours de ses deux premiers milliards d'années comme le montrent déjà les bassins basaltiques des mers lunaires mais aussi les photographies de sa surface, photographies qui laissent supposer que des éruptions volcaniques pourraient encore advenir de nos jours. On peut donc se poser la question de l'existence d'une atmosphère lunaire initiale qui serait née elle aussi au cours des premières centaines de millions d'années de la Lune par dégazage et avec un certain contenu en vapeur d'eau.

Les cratères Aristarque (à gauche) et Hérodote (à droite), vus par Apollo 15, sont connectés à droite avec la vallée de Schröter. Cette rille sinueuse de 200 km de long et jusqu'à 10 km de large qui est la plus large vallée lunaire connue correspond à une rivière de lave qui s'est solidifiée. Une rille est une longue dépression dont la surface ressemble à celle d'un canal. Le terme rille est employé internationalement en planétologie. Il est emprunté à l'allemand Rille (rainure, cannelure, gorge). © Nasa

Le champ de gravité de la Lune étant toutefois nettement plus faible que celui de la Terre et comme elle ne possède plus non plus depuis des milliards d'années d'un champ magnétique protecteur contre l'érosion atmosphérique que peuvent causer les vents et éruptions solaires, notre satellite ne peut pas retenir une atmosphère dense. La théorie cinétique des gaz, développée initialement par James Maxwell puis par Ludwig Boltzmann, permet de calculer une évaporation dans l'espace d'une atmosphère lunaire qui serait très rapide à l'échelle temporelle de la géologie sur Terre qui se compte en unité d'un million d'années.  

On peut se poser aussi la question du contenu initial de la Lune en eau. Il est problématique dans le cadre du modèle avec un impact géant faisant naître notre satellite à la suite d'une collision violente entre la jeune Terre et une planète de la taille de Mars, la fameuse Théia. La Lune se serait en effet ensuite formée par accrétion des débris de la collision à hautes températures. On pouvait donc s'attendre a priori à une Lune dépourvue d'eau car issue d'une évaporation massive d'une matière très chaude. Mais il semble bien, d'après l'étude des roches lunaires, que le contenu en eau du manteau lunaire ne soit pas aussi faible qu'on pouvait le penser.

Des simulations numériques conduites par un groupe de chercheurs du Département des sciences astrophysiques et planétaires (APS) et du Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP) à Boulder (États-Unis) prennent donc tout leur sens dans ce cadre. Les résultats obtenus avec elles ont été publiés dans un article de The Planetary Science Journal et elles permettent de penser qu'il y a d'importantes réserves de glaces issues d'une condensation de la vapeur produite par les grandes éruptions lunaires il y a entre 2 et 4 milliards d'années que l'on pourrait trouver aux pôles lunaires.

Un documentaire de science-fiction sur le futur des colonies lunaires avec un regard accéléré sur l'avenir de la vie sur la Lune. L'exploitation de la glace lunaire est présentée. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Venture City, Nasa, ESA, SpaceX, ESA + Foster and Partners, Vladimir Vustyansky, ESO/M. Kornmesser, Espace de Relativité

Des atmosphères transitoires produites par de grandes éruptions

Il y a déjà quelques années, des planétologues du Lunar and Planetary Institute de Houston avaient montré que ces éruptions pouvaient avoir formé à chaque fois une atmosphère transitoire de monoxyde de carbone et de vapeur d'eau, notamment lors d'un pic d'activité volcanique il y a 3,5 milliards d'années, atmosphère pouvant être 1,5 fois plus épaisse que celle sur Mars de nos jours.

Les chercheurs de Boulder ont affiné ce scénario en montrant que les éruptions de dizaines de milliers de volcans générant d'énormes rivières et lacs de lave il y a entre 2 et 4 milliards d'années auraient permis la formation à répétition d'atmosphères pouvant durer environ 2.500 ans avant de disparaître dans l'espace par évaporation.

Les simulations montrent ensuite qu'environ 41 % de la vapeur d'eau émise par les éruptions pourrait s'être condensée dans les fameuses régions polaires de la Lune au niveau de certains cratères partiellement dans une ombre éternelle depuis des milliards d'années. La quantité d'eau piégée pourrait alors atteindre 8,2 × 1015 kg.

Cela fait des décennies que l'on spécule sur l'existence de ces gisements de glace qui pourraient également provenir, comme on le pensait initialement, de la condensation de la vapeur d'eau libérée à la suite d'impacts cométaires sur la Lune au cours de ses premiers milliards d'années, alors que le bombardement de petits corps célestes était plus important qu'aujourd'hui.

Les réserves de glaces d'origine volcanique pourraient se trouver sous 5 à 10 mètres de régolite, ce qui ne devrait pas être un grave problème pour de futurs colons lunaires qui pourraient alors se servir de cette eau également pour faire pousser des plantes ou se constituer des réserves de carburant et comburant sous forme d'oxygène et d'hydrogène liquide.

Les futurs colons pourraient alors boire de l'eau provenant des volcans lunaires, à moins que ce ne soit aussi ou surtout de l'eau issue des comètes.

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