Le cratère Clavius, du nom d'un astronome et mathématicien jésuite, est l'un des plus grands cratères lunaires. Il est proche du pôle Sud de la Lune et de son terminateur. © Luc Cathala, EAPOD

Sciences

De l'eau sur la Lune : il y a bien de la glace aux pôles

ActualitéClassé sous :Astronomie , Shackleton , LRO

De nouvelles analyses des données spectroscopiques de la sonde indienne Chandrayaan-1 apportent une preuve directe de l'existence de glace d'eau pure dans les régions perpétuellement dans l'ombre, au fond de certains cratères lunaires. Situées aux pôles de la Lune, ces réserves pourraient servir à sa colonisation.

Comme Futura l'expliquait dans le précédent article (voir ci-dessous), depuis le début du XXIe siècle, on a de bonnes raisons de penser que la réalité pourrait un jour prochain rejoindre la science-fiction. En l'occurrence, cela concerne la présence d'eau sur la Lune et son lien avec l'établissement d'une base permanente proche d'un pôle lunaire tel que l'imaginait Arthur Clarke il y a 50 ans, lors de la sortie sur les écrans, en 1968, du mythique 2001 : l'Odyssée de l'espace.

Malgré le succès du lancement du Falcon Heavy de SpaceX qui peut laisser penser qu'Elon Musk finira par réussir son pari d'ouvrir Mars à la colonisation d'ici une à deux décennies, certains continuent à penser qu'il vaudrait mieux commencer par tester la technologie nécessaire en établissant une base permanente sur la Lune, bien qu'il y ait certainement moins d'eau sur notre satellite que sur la Planète rouge. Les colons y seront déjà nettement plus près de la Terre en cas de problème, bien que l'on puisse penser, en suivant la logique de Musk, qu'une colonie lunaire sera encore trop proche de la Terre pour être protégée d'un éventuel effondrement de l'humanité entraînant des guerres par IA et robots interposés.

Un extrait montrant la base lunaire du cratère Clavius dans 2001 : l’Odyssée de l’espace. © Claude Le-Quang

Modulo cette crainte à l'esprit, la Lune serait vraiment un excellent avant-poste pour explorer et coloniser le Système solaire. Ses ressources pourraient servir à fabriquer du carburant et des métaux afin de lancer sondes et vaisseaux (notamment à destination des astéroïdes) à partir d'un puits gravitationnel bien plus faible que celui de la Terre, et donc à moindre coût.

Cela reste à prouver mais il est au moins possible de fabriquer de grandes quantités de dioxygène à partir du régolithe lunaire, riche en oxydes métalliques. Il suffit de mobiliser l'énergie solaire pour chauffer ce matériau. Cependant, la réaction exige un milieu chimiquement réducteur, ce qui peut être atteint avec un apport d'hydrogène, par exemple sous forme de méthane (CH4)... ou produit grâce à l'hydrolyse de l'eau s'il y en a. L'oxygène, sous forme liquide, devient un ergol pour des lanceurs si l'on fabrique aussi de l'hydrogène liquide.

De l'eau dans l'ombre perpétuelle de cratères lunaires

Des sources d'eau sur la Lune seraient donc importantes, non seulement pour des colons, mais aussi pour fournir l'hydrogène. C'est pour cette raison que, déjà du temps d'Arthur Clarke, certains avaient proposé d'explorer certains cratères polaires de la Lune partiellement plongés dans l'obscurité depuis des millions voire des milliards d'années. Le raisonnement était le suivant. Il a dû se produire de nombreuses chutes de comètes pendant l'histoire de la Lune, même après le Grand bombardement tardif. Ces chutes ont dû lentement mais sûrement piéger des molécules d'eau sur la surface, jusqu'à les condenser dans ces cratères polaires perpétuellement à très basses températures.

L'image montre la répartition de la glace de surface au pôle Sud de la Lune (à gauche) et au pôle Nord (à droite), détectée par l'instrument Moon Mineralogy Mapper de la Nasa. Le bleu représente les localisations de cette glace, tracées sur une image de la surface lunaire, où l'échelle de gris correspond à la température de surface (les zones les plus sombres représentent des zones plus froides et des tons plus clairs indiquent des zones plus chaudes). La glace est concentrée dans les endroits les plus sombres et les plus froids, dans l'ombre des cratères. C'est la première fois que des scientifiques observent directement la présence de glace d'eau à la surface de la Lune. © Shuai Li

On comprend donc tout l'intérêt d'une publication dans Proceedings of the National Academy of Sciences(Pnas) provenant d'une équipe de chercheurs états-uniens menée par Shuai Li de l'Hawai'i Institute of Geophysics and Planetology (HIGP) et qui semble confirmer la présence de glaces lunaires, précisément dans certains cratères aux pôles de notre satellite.

Cette conclusion est à nouveau atteinte en utilisant les données fournies par la sonde indienne Chandrayaan-1 plus précisément en ce qui concerne celles obtenues avec le Moon Mineralogy Mapper(M3). Elles semblent fournir pour la première fois une preuve directe de la présence d'eau sous forme de glace pure via un spectre d'absorption mesuré qui coïncide avec les observations faites sur Terre en laboratoire. Pour en être encore plus sûr, les chercheurs ont reconfirmé leur découverte en utilisant d'autres données telles que celles acquises par l'altimètre laser Lunar Orbiter (Lola), le projet de cartographie Lyman-Alpha (Lamp) et l'instrument Diviner à bord de la mission Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO).

 « C'est un résultat vraiment surprenant, explique Shuai Li. Même si cela m'intéressait de voir ce que je pouvais trouver dans les données de M3, je n'avais aucun espoir de voir les signatures de la glace lors du lancement de ce projet. J'ai été stupéfait lorsque j'ai regardé de plus près et trouvé des caractéristiques spectrales si significatives dans les mesures. » Et le chercheur ajoute que « ce travail fournit une feuille de route pour l'exploration future de la Lune, en particulier en ce qui concerne le potentiel de la glace d'eau en tant que ressource ».

  • Il a dû se produire de nombreuses chutes de comètes pendant l’histoire de la Lune, même après le Grand bombardement tardif. Ces chutes devraient avoir conduit lentement mais sûrement des molécules d’eau apportées sur la surface de la Lune à se trouver piégées, en se condensant, dans des cratères polaires perpétuellement à très basses températures.
  • Depuis des années, on avait des preuves indirectes de la présence de cette glace mais une nouvelle analyse des données de la sonde indienne Chandrayaan-1 apporte pour la première fois une preuve directe et qui semble solide.
  • Cette glace pourrait servir à des colons lunaires pour leur besoin et produire du carburant.
Pour en savoir plus

De la glace lunaire serait bien présente dans le cratère Shackleton

Article de Laurent Sacco publié le 22/06/2012

Les premières tentatives sérieuses pour détecter de la glace au fond du cratère Shackleton, au pôle sud de la Lune, avaient été décevantes il y a quelques années. Mais selon de nouvelles mesures effectuées par la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), on a peut-être été trop pessimistes : de faibles quantités de glace seraient probablement là, mélangées au sol lunaire.

Le journal Nature vient de publier un article qui aurait sans doute fait plaisir à Arthur Clarke s'il était encore parmi nous. L'installation d'une base lunaire permanente sur la surface de la Lune serait grandement facilitée si l'on trouvait des quantités appréciables d'eau sur place. Les missions Apollo ont confirmé que la Lune était un astre particulièrement sec. Mais l'on pouvait toujours croire que de l'eau apportée par la chute des comètes depuis des milliards d'années à la surface de notre satellite se trouvait piégée au fond de certains cratères perpétuellement dans l'ombre.

Clarke ne s'y était pas trompé en situant une base lunaire près du cratère Clavius dans son roman 2001, l'Odyssée de l'espace. Ce cratère est en effet situé non loin du pôle sud de la Lune, là où l'on sait que se trouvent de nombreux cratères partiellement dans l'ombre depuis des milliards d'années du fait des caractéristiques des mouvements orbitaux de la Lune.

Les cratères lunaires sont l'objet de nombreuses études. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur « cc » pour que s'affichent d'abord des sous-titres en anglais si ceux-ci n'apparaissent pas déjà. En passant simplement la souris sur « cc », apparaîtra « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « français » puis « ok ». © Nasaexplorer/YouTube

L'un de ces cratères se nomme Shackleton en hommage à Ernest Henry Shackleton, un explorateur anglo-irlandais, une des grandes figures de l'âge héroïque de l'exploration en Antarctique. Il avait fait l'objet de l'attention particulière des planétologues utilisant les instruments de la sonde japonaise Kaguya. En plus d'offrir des vidéos spectaculaires du survol de la Lune, la sonde avait permis d'évaluer l'albédo du fond du cratère Shackleton. Celui-ci s'était révélé trop faible pour autoriser la présence d'une couche de glace et jetait des doutes sur l'existence même de particules de glace mélangées au sol lunaire à cet endroit.

Le verdict de l'altimètre laser de LRO

On savait que la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) n'allait pas tarder à prendre le relais, fournissant à son tour des images à haute résolution de la Lune et permettant même de révéler des gloires de la conquête lunaire comme les restes des modules lunaires des missions Apollo.

Le Lunar Orbiter Laser Altimeter a permis de dresser une carte topographique du fond du cratère Shackleton. © Nasa/GSFC/SVS

Rappelons au passage que la qualité des données fournies par LRO est telle que, probablement inspiré en partie par le roman d'Arthur Clarke, Paul Davies a proposé d'utiliser les photos de la sonde pour que les internautes partent à la recherche d'artefacts E.T. hypothétiquement laissés volontairement à destination de l'humanité il y a des millions d'années, à l'image de ces bouteilles à la mer que sont les plaques et disques en or de sondes Pioneer et Voyager.

Mais LRO ne prend pas que des belles photos. La sonde est équipée du Lunar Orbiter Laser Altimeter (Lola) dont le faisceau laser effectue des mesures d'altimétrie pour des relevés topographiques.

Des images d'une reconstitution à l'ordinateur du fond du cratère Shackleton et la danse des ombres au pôle sud lunaire autour du cratère. Les images sont prises à 1 heure d'intervalle pendant 1 mois. © MakerVideoHD/YouTube

Or, on peut utiliser ce faisceau pour illuminer le cratère Shackleton, ainsi que ses parois, afin de réaliser des mesures plus fines de la réflectance du sol. C'est là que la surprise est venue. Le fond de ce cratère est apparu plus brillant que celui de ses voisins, de sorte qu'il se pourrait très bien que jusqu'à 22 % d'une épaisseur de sol de 1 micron soit constituée de glace. Mais surtout, ce sont ses parois qui ont l'albédo le plus élevé comme plus de 5.000 survols du cratère ont permis de l'établir.

Cette observation était d'abord troublante car ces parois, contrairement au fond du cratère, sont partiellement éclairées par intermittence, ce qui devait limiter l'accumulation éventuelle de particules de glace. Mais si l'on fait intervenir des tremblements de Lune occasionnels, ils pourraient conduire à des éboulements de sol laissant apparaître des matériaux plus brillants.

Les chercheurs ne cachent pas que des incertitudes règnent car une autre interprétation, plus simple, peut expliquer l'albédo anormal du fond du cratère Shackleton. L'ombre quasi-perpétuelle dans lequel il est plongé l'a en effet protégé d'une altération par les rayons du Soleil. La seule façon d'en avoir le cœur net est d'envoyer une sonde pour effectuer des analyses sur place.

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