Concept de base habitée sur la Lune, étudié par l'Agence spatiale européenne. © ESA, P. Carril

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Lune : des tunnels pour les futures colonies souterraines

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Alors que nous allons fêter les 50 ans d'Apollo 11, les agences spatiales s'apprêtent de nouveau à reconquérir la Lune. Mais, cette fois-ci pour y rester durablement. Parmi les solutions envisagées pour loger ces futurs colons, l'idée de galeries souterraines est à l'étude, notamment pour éviter les météorites et les rayonnements solaires et cosmiques. Pour les percer, des tunneliers lunaires s'imposent. Jamal Rostami, spécialiste de la question et directeur du Earth Mechanics Institute nous explique.

Alors que les agences spatiales se préparent à renvoyer des humains sur la Lune, plusieurs solutions sont envisagées pour les loger sur place. Si dans un premier temps les astronautes vivront dans les modules qui les auront amenés sur la Lune, des séjours de plus en plus prolongés nécessiteront des infrastructures en dur. Pour cela, sont envisagées des bases réalisées en préfabriqué, construites sur Terre ou sur place, notamment à l'aide d'imprimantes en 3D. Cette dernière solution étant la plus pragmatique car il sera plus efficace d'utiliser les matériaux sur place (notamment la poussière lunaire) pour la construction de bâtiments et d'autres structures, que d'apporter des ressources de la Terre.

Mais, il existe d'autres alternatives à des bases sur la surface. Certains spécialistes réfléchissent à l'utilisation de « tunneliers capables de creuser des colonies souterraines pour les premiers habitants de la Lune », nous explique Jamal Rostami, expert irano-américain des tunneliers et directeur du Earth Mechanics Institute.

Cette idée d'enfouir une base sous la surface lunaire n'est pas aussi saugrenue qu'elle y paraît. Certes, ses habitants devront faire une croix sur la lumière naturelle du Soleil et il faut savoir que les conditions qui règnent sur la Lune sont très défavorables à la vie humaine. Les humains devront être protégés des radiations, car la Lune est en permanence exposée au flux des rayonnements solaires et spatiaux, des températures et de la chute des météorites, même de très petites tailles. Si sur Terre l'atmosphère nous protège, la Lune n'a pas de protection naturelle de sorte qu'une météorite de la taille d'une dizaine de centimètres frapperait sa surface à une vitesse d'environ une dizaine de kilomètres par seconde. 

Pour cela, il sera nécessaire d'utiliser un tunnelier, pour percer le sous-sol afin de fabriquer des habitats ou de relier les colonies entre elles. L'analyse d'images de la surface lunaire montre l'existence de tubes de lave, ce qui serait un bon point d'entrée pour ces futurs tunneliers lunaires.

Pour l'instant, l'idée d'avoir un tunnelier sur la Lune est plutôt précoce. Le principal problème est le poids, car un tunnelier pèse plusieurs centaines de tonnes de sorte qu'adapter des tunneliers terrestres à une utilisation sur la Lune n'est guère envisageable. Pour Jamal Rostami, il est nécessaire de « revoir toute la conception d'un tel engin de façon à optimiser au mieux ses performances et ses composants, en termes de masse, de résistance à l'environnement lunaire et de résilience aux pannes mécaniques ». Ils devront aussi être entièrement automatisés et les réparations réduites au minimum. Il y a aussi la question de savoir comment les alimenter en énergie. Avec une machine de quatre mètres de diamètre, nécessitant environ 2.000 kilowatts d'énergie, les experts se demandent s'il n'est pas préférable d'utiliser de petites centrales nucléaires plutôt que convertir le rayonnement solaire.

Concept de base habitée sur la Lune, étudié par l'Agence spatiale européenne. © ESA, P. Carril

La parole est donnée à Jamal Rostami qui a répondu à nos interrogations.

Selon vous, la technologie est-elle suffisamment mature pour envisager l'utilisation d'un tunnelier sur la Lune ?

Jamal Rostami : La technologie des tunneliers (TBM) est très mature et elle est presque devenue une méthode standard pour la création de tunnels dans de nombreuses applications. Cependant, il y a beaucoup d'inconnues dans le développement de tunneliers lunaires et cela a à voir avec la géologie (puisque les machines sont souvent développées pour des projets et des sites spécifiques, la conception est donc influencée par la géologie), la configuration du site, la sauvegarde système, la question du poids des machines et des composants et des consommables, le découpage et l'excavation de la roche ou du sol, le support du sol, l'échange de chaleur, l'obturation de l'air, etc. Nous devons repenser de nombreux aspects opérationnels de la machine, mais certaines de ces technologies et solutions potentielles existent.

Avant d’envisager l’utilisation d’un tunnelier sur la Lune, y a-t-il des bonds technologiques à franchir ? Si oui, lesquels ?

Jamal Rostami : Oui, beaucoup de nouvelles technologies doivent évoluer. Pour comprendre la difficulté de la tâche, si l'on se fie à l'échelle TRL de la Nasa qui évalue le degré de maturité atteint par une technologie, de 1 à 10 (1 représentant le concept et 10 qu'elle est prête à être utilisée), l'idée d'un tunnelier lunaire est à un niveau de 2 ou 3 sur cette échelle. Mais certains composants sont sûrement plus avancés et sont classés 6, voire 7.

Quels sont les points durs déjà identifiés dans la mise en œuvre d'un tunnelier sur la Lune ?

Jamal Rostami : Jusqu'à présent, je dirais que les principaux problèmes sont le poids, la puissance, la durée de vie des outils de coupe, l'appui au sol et l'étanchéité de l'ouverture par la doublure, ainsi que la maintenance. Ces problèmes nécessitent certaines avancées technologiques. Notez qu'il existe d'autres problèmes mais des solutions existent.

Quelles autres infrastructures seront nécessaires pour faire fonctionner un tunnelier lunaire ?

Jamal Rostami : Les plans existants consistent à exploiter l'énergie solaire et à l'utiliser sur la machine, mais cela pourrait être très difficile. L'idée alternative, qui est en cours de discussion, est de déployer une minicentrale nucléaire pouvant offrir quelques mégawatts (MW) avec un très faible encombrement. Cela implique une nouvelle technologie en cours d'examen pour les problèmes de licence et de réglementation aux États-Unis. L'unité fait environ 4 à 5 tonnes et a la taille d'une petite pièce. Elle peut éventuellement être placée à l'arrière de la machine si elle n'est pas à la surface, voire près de l'embouchure du tunnel.

À quel horizon pourrions-nous voir un tunnelier au travail sur la Lune ?

Jamal Rostami : Cela dépend évidemment des plans des agences spatiales pour retourner et s'installer durablement sur la Lune. Je suppose que dans les 20 à 30 prochaines années on pourrait voir un tunnelier lunaire en activité.

Existe-t-il un projet concret de tunnelier lunaire ?

Jamal Rostami : Je suis en contact avec la Nasa pour voir si nous pouvons obtenir un financement initial pour entamer les discussions. Jusqu'à présent, mes études sur ce sujet étaient avant tout un hobby. Aujourd'hui, pour avancer et obtenir des études plus détaillées, c'est-à-dire examiner les problèmes spécifiques et réaliser des études de faisabilité, nous devons disposer de fonds.

  • Des bases pourraient être enfouies dans le sous-sol lunaire pour mieux protéger ses habitants. 
  • Des tunneliers seraient donc utilisés pour creuser des galeries souterraines destinées à accueillir les futurs habitants.
  • Ces tunneliers lunaires ne sont pas envisagés avant 20 à 30 ans.
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