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La radioactivité

Dossier - La toxicité de la poussière lunaire et martienne
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Récemment les pathologistes et astrobiologistes se sont penchés sur les problèmes de santé liés à la poussière de régolite soulevée du sol, un allergène puissant et néfaste comme le silicium, à l'origine de la maladie de la silicose.

  
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Il y a également la question de la radioactivité du sol lunaire, un sujet que les scientifiques ont très peu étudié jusqu'à présent suite à la mise en veille du programme d'exploration lunaire. Si les scaphandres des astronautes, le module lunaire ou les futurs habitats fournissent de l'air et des moyens d'isolation en suffisance, leur épaisseur n'est pas suffisante pour stopper les rayonnements les plus énergétiques qui sont beaucoup plus rusés et peuvent pénétrer les tissus de bien des manières.

La surface lunaire est exposée en permanence au rayonnement corpusculaire émis par le Soleil et les étoiles proches (éruptions solaires et rayons cosmiques) et certains de ces rayonnements sont difficiles à stopper. Par ailleurs, en frappant la surface lunaire, les rayons cosmiques produisent un dangereux jet de particules secondaires dont des neutrons (radioactivité) juste aux pieds des astronautes. Tout ce rayonnement pénètre aisément dans les tissus et s'il transporte suffisamment d'énergie il peut endommager l'ADN, accentuant le risque de cancer et d'autres maladies.

Mesure des émissions de neutrons à la surface de la Lune. On distingue deux puits dans les régions polaires correspondant à la présence d'eau glacée. Crédits : NASA/ARC.

Si la NASA envisage de coloniser la Lune d'ici une génération, le problème des rayonnements doit donc être résolu. Le risque de contamination apparaît en fait dès que les astronautes passent plus de quelques jours sur la Lune.Durant la campagne de 1998-1999, la sonde américaine Lunar Prospector avait déjà établi une première carte globale de la distribution du rayonnement neutronique de la Lune qui révéla quelques "points chauds" à fortes concentrations de neutrons dans les régions polaires en même temps qu'elle découvrait des traces de glace d'eau (une faible quantité de neutrons et un excès d'hydrogène, signature typique de l'eau, ici présente sous forme de glace).

La NASA a lancé en 2008 une nouvelle sonde d'exploration baptisée Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO). Cette sonde spatiale est destinée à mesurer et cartographier le rayonnement neutronique de la Lune de manière plus précise, mesurer le rayonnement cosmique, rechercher des traces d'eau glacée et enfin établir une cartographie encore plus précise de la surface lunaire.

Un détecteur de neutrons baptisé LEND, partiellement financé par l'agence spatiale fédérale russe (RFSA), utilisant un isotope de l'hélium auquel il manque un neutron permet à cet instrument de détecter les neutrons émanant de la surface lunaire et mesurer leur niveau d'énergie. De cette manière LEND améliore la qualité des données déjà acquises et les chercheurs vont être en mesure d'estimer la fraction de neutrons potentiellement dangereux pour l'homme et la fraction inoffensive de faible énergie. La sonde LRO contient également un détecteur de rayons cosmiques (CRaTER).

Relevé de la distribution des neutrons de moyenne énergie (épithermiques) au pôle Sud de la Lune (à gauche). Dans les deux cas, mis à part quelques "points chauds" localisés, on remarque une faible concentration de neutrons de moyenne énergie et donc un excès d'hydrogène près des pôles. Cet hydrogène est la signature de la glace d'eau cachée au fond des cratères escarpés et des failles qui ne voient jamais la lumière du Soleil. Crédits : NASA/ARC.

Parallèlement aux mesures du rayonnement, LRO contient des objets en plastique qui simulent les propriétés des tissus organiques afin que les chercheurs puissent comprendre de quelles manières ces particules de hautes énergies pénètrent et interagissent dans le corps humain.

Le problème des rayonnements est propre à la Lune car au milieu de l'espace les radiations proviennent de toutes les directions. Sur la Lune, constituée d'une épaisse écorce de roches solides, on s'attendrait à ce que le sol constitue une bonne protection contre le rayonnement, mais ce n'est pas le cas.

Relevé de la distribution des neutrons de moyenne énergie (épithermiques) au pôle Sud de la Lune sur toute sa surface. Dans les deux cas, mis à part quelques "points chauds" localisés, on remarque une faible concentration de neutrons de moyenne énergie et donc un excès d'hydrogène près des pôles. Cet hydrogène est la signature de la glace d'eau cachée au fond des cratères escarpés et des failles qui ne voient jamais la lumière du Soleil. Crédits : NASA/ARC.

En effet, lorsque les rayons cosmiques et le vent solaire entrent en collision avec les particules constituants la surface lunaire (régolite), ils déclenchent de petites réactions nucléaires qui libèrent encore un plus de radiations sous forme de neutrons. En d'autres termes, la surface lunaire est radioactive !

Quelle est donc la pire des situations pour les astronautes : subir les pluies de rayons cosmiques venant du ciel ou les neutrons émis par le sol ? Selon Igor Mitrofanov, de l'Institut de Recherche Spatiale du SRFA et en charge du détecteur LEND, "les deux situations sont mauvaises" dit-il à un représentant de la NASA.

Ces études devraient permettrent aux ingénieurs d'établir un cahier des charges précis des protections anti-radiations à mettre en place afin de préserver la vie des équipages. Elles permettront de fabriquer des combinaisons, des habitats lunaires, des véhicules tout terrain et d'autres équipements plus résistants, en prévision de l'exploration lunaire.

Comprendre de quelle manière la poussière lunaire et la radioactivité du sol affectent les hommes est impératif pour les missions futures qui seront de plus en plus longues et de plus en plus nombreuses. Mais ainsi que le rappelle Russell Kerschmann,"à quel point est-ce un problème, nous ne savons pas, et ça constitue un problème". Nous aurons certainement bientôt un début de réponse.