La poussière lunaire à grande vitesse pourrait assombrir l’avenir des missions humaines sur la Lune

L’atterrissage de personnes sur la Lune est désordonné – une leçon que les astronautes d’Apollo ont appris à leurs dépens. L’utilisation d’un moteur de fusée pour faire descendre un grand vaisseau spatial sur la surface lunaire soulève tout un tas de poussières en mouvement rapide qui peuvent voyager loin, capables de frapper et même d’endommager les vaisseaux spatiaux sur et autour de la Lune. C’est un problème que certains ingénieurs disent que nous devons aborder maintenant, surtout si nous voulons faire atterrir plus de gens sur la Lune au cours de la prochaine décennie.

Les explorateurs spatiaux doivent remercier l’environnement unique de la Lune pour cette séquelle poussiéreuse. Notre voisine lunaire fait environ un quart de la taille de la Terre, et sa gravité est un sixième de celle de notre planète. Elle est également dépourvue d’atmosphère, ce qui permet à de petits objets de survoler la surface pendant un certain temps avant de redescendre. Ainsi, si vous dirigez un moteur de fusée vers la Lune pendant une période prolongée – ce que vous devez généralement faire pour faire descendre quelque chose à la surface – il peut facilement accélérer les saletés lunaires à des vitesses de milliers de mètres par seconde, les envoyant à des centaines de kilomètres de là.

La poignée d’atterrissages Apollo effectués dans les années 1960 et 1970 n’étaient pas assez puissants ou fréquents pour provoquer une panique à propos de cette poussière soulevée. Mais maintenant, la NASA veut retourner sur la Lune, cette fois pour y rester. Le maintien d’une présence humaine prolongée sur la surface lunaire va nécessiter de nombreux atterrissages – pour transporter des personnes, des marchandises, des habitats et autres sur la Lune. Si l’on n’apporte pas de changements majeurs aux infrastructures, cela augmentera le risque de soulever de la poussière qui pourrait endommager les vaisseaux spatiaux autour de la Lune, les sites historiques d’Apollo ou même la base lunaire que la NASA souhaite construire et entretenir. Cela pourrait également conduire à des tensions entre les nations qui ont des engins spatiaux à proximité les uns des autres.

« Il y a un potentiel pour un conflit international sérieux à cause de cela », dit Phil Metzger, un physicien planétaire à l’Université de Floride centrale qui a travaillé à la NASA pour étudier les effets des explosions de fusées sur les corps planétaires.

La poussière lunaire s’est avérée être un peu un cauchemar pour les astronautes d’Apollo. D’une part, elle s’accrochait à tout. Les astronautes se sont retrouvés avec de la poussière sur leurs combinaisons, ce qui a dégradé le matériau au fil du temps. Les particules ont même sali une grande partie de l’équipement utilisé par les astronautes, notamment les caméras, les radiateurs, les boutons, etc. Et la poussière soufflée pendant la descente vers la surface lunaire a empêché les astronautes de voir où ils allaient. « Je pense que l’une des facettes les plus aggravantes et les plus contraignantes de l’exploration de la surface lunaire est la poussière et son adhérence à tous les matériaux, qu’il s’agisse de la peau, de la combinaison, du métal, etc. », a déclaré Gene Cernan, astronaute d’Apollo 17, lors d’un débriefing après la mission en 1973. Gérer cette saleté sera un gros souci pour les futures missions d’exploration lunaire – surtout si nous voulons y installer des habitats.

Avant même que les gens ne franchissent la porte d’un atterrisseur lunaire, la poussière sera un problème, dès la seconde où le moteur d’atterrissage s’allume. Ici, sur Terre, si vous pointez un moteur de fusée sur un tas de poussière, de gravier et de roches, l’épaisse atmosphère d’air qui entoure notre planète ralentirait d’abord les plus petites particules, tandis que les plus grosses couperaient la résistance du vent et parcourraient les plus grandes distances. Sur la Lune, c’est l’inverse. Il n’y a pas d’air entourant la surface lunaire, seulement du vide. Donc, si un tas de particules devait être accéléré à grande vitesse, les plus petites particules voyageraient le plus vite et sur les plus grandes distances, tandis que les plus gros cailloux seraient rapidement abattus par la faible gravité de la Lune.

C’est exactement ce qui se passe lorsque vous utilisez un moteur de fusée pour descendre sur la surface lunaire. Grâce à ce que nous avons appris des missions Apollo, les ingénieurs ont découvert qu’un grand atterrisseur de la taille du module lunaire Apollo – capable de cracher du gaz à environ 2 400 mètres par seconde – peut propulser des roches et des particules de la taille d’un gravier jusqu’à 10 à 100 mètres par seconde, les envoyant sur d’énormes distances (jusqu’à six terrains de football). Mais la poussière fine et le sable peuvent atteindre une vitesse de 1 000 mètres par seconde, les propulsant à des centaines de kilomètres – ou même les répartissant sur toute la Lune.

Toute machinerie se trouvant sur la trajectoire de ces particules à grande vitesse pourrait subir de graves explosions ou dommages. « Cela pourrait ruiner un vaisseau spatial en orbite autour de la Lune s’il se trouve juste au mauvais endroit au mauvais moment », explique Metzger. Les astronautes d’Apollo 12 ont pu constater cet effet lorsqu’ils se sont posés sur la Lune en novembre 1969. Ils se sont délibérément posés près d’une sonde robotisée appelée Surveyor 3 que la NASA avait posée sur la Lune en 1967. Lorsqu’ils ont ramené des morceaux de la sonde sur Terre avec eux, les chercheurs ont découvert que Surveyor 3 avait été minutieusement sablée par la poussière de l’atterrissage.

« Nous pouvons voir les particules de sol lunaire pénétrer profondément dans la surface partout sur Surveyor », explique Metzger, qui a dirigé une équipe qui a étudié des parties de la sonde Surveyor 3 revenue d’Apollo 12. « On peut voir la peinture toute craquelée. »

Le problème pourrait s’aggraver encore plus à mesure que la NASA cherche à renvoyer des humains sur la Lune, car certains des atterrisseurs qui ont été proposés par des entreprises privées comme Blue Origin, Lockheed Martin et SpaceX seraient beaucoup plus grands que les atterrisseurs d’Apollo. Le résultat de tous ces atterrisseurs touchant la Lune : encore plus de poussière et de grosses particules soufflées à des vitesses plus rapides.

« Ce sera encore pire », dit Metzger. « Ce seront des trucs de la taille du sable qui seront complètement soufflés de la Lune en orbite autour du Soleil. Les plus grosses particules comme le gravier seront dispersées sur de plus longues distances. » D’un point de vue logistique, cela pourrait être une mauvaise nouvelle pour tout futur habitat que la NASA ou d’autres agences spatiales pourraient vouloir construire sur la Lune. « Si vous atterrissez trop près de votre avant-poste, cela pourrait revenir à le bombarder de gravier voyageant à la vitesse des balles », explique Metzger.

C’est également un problème pour la préservation historique. Les archéologues de l’espace souhaitent conserver les sites d’atterrissage d’Apollo aussi intacts que possible, afin de pouvoir éventuellement les étudier à l’avenir. « Il y a encore beaucoup à apprendre sur le plan archéologique à partir de ces premiers sites », déclare à The Verge Beth O’Leary, archéologue spatiale à l’université d’État du Nouveau-Mexique. Par exemple, O’Leary est intéressée par la comparaison potentielle de la technologie des premiers vaisseaux spatiaux robotiques soviétiques qui ont atterri sur la Lune avec les premiers vaisseaux spatiaux de fabrication américaine, mais cela ne peut être fait que si les pièces restent les mêmes que lorsqu’elles ont atterri dans les années 1960.

« Vous ne pourriez le faire qu’en regardant les artefacts du site en , » dit O’Leary. « Parce que lorsque vous enlevez quelque chose, vous pouvez l’enregistrer, vous pouvez le préserver dans un musée, mais vous enlevez l’intégrité du site. »

De plus, O’Leary n’est pas seulement préoccupé par les artefacts matériels, mais aussi par les caractéristiques que les astronautes d’Apollo ont laissé derrière eux dans le sol – notamment leurs empreintes lunaires. « Tout ce qui constitue une caractéristique sur la Lune risque vraiment d’être perturbé par le vent, par toute sorte de forces érosives », explique O’Leary. « Et la façon dont les engins spatiaux dans le futur pourraient atterrir, ou l’endroit où ils atterriraient, les oblitérerait essentiellement. »

Une façon de préserver tous ces véhicules et machines est d’atterrir assez loin pour que le matériel précieux reste intact. Mais les chercheurs ne connaissent pas la meilleure distance minimale. En 2011, Metzger et une équipe de chercheurs ont tenté d’établir des lignes directrices pour savoir à quelle distance des sites Apollo d’autres entités devraient atterrir, afin de causer le moins de dommages possible. L’équipe a retenu une distance de 2 kilomètres, mais Mme Metzger estime que ce chiffre est arbitraire : il n’existe pas vraiment de distance minimale de sécurité. Étant donné que les atterrisseurs ont le potentiel de disperser la poussière à l’échelle mondiale, tout dépend de la quantité de dommages considérée comme « acceptable ». Les robots lunaires peuvent supporter une certaine quantité de bombardement – en fait, la poussière interplanétaire tombe sur la Lune en permanence – mais il n’est pas clair quand les dommages deviennent une responsabilité.

« À une certaine distance, la quantité de dommages que vous allez causer serait négligeable par rapport à ce que fait la nature », dit Metzger. « Mais nous ne sommes pas assez intelligents pour déterminer quelle est cette distance. »

Pour atténuer le risque de dommages, Metzger dit que la NASA et les autres entreprises commerciales qui se dirigent vers la Lune doivent sérieusement envisager de fabriquer des patins d’atterrissage sur la surface lunaire avant que les atterrissages ne deviennent une routine. Mais cette solution comporte aussi des écueils. L’acheminement d’une plate-forme d’atterrissage préfabriquée en métal pour l’installer sur la surface nécessiterait d’énormes quantités de carburant et d’énormes sommes d’argent. Une autre option consiste à utiliser des micro-ondes ou d’autres outils chauffants pour faire fondre le sol lunaire en une surface plane, mais cela nécessite l’utilisation de technologies expérimentales.

En fin de compte, toute option de plate-forme d’atterrissage va nécessiter de nouvelles technologies sophistiquées, et pourrait rendre les missions lunaires plus complexes et plus coûteuses. Compte tenu des coûts déjà élevés des missions de retour lunaire, il est très possible que la NASA et d’autres entreprises commerciales sautent cette étape. C’est pourquoi Metzger soutient qu’il est temps que les pays parviennent à une sorte d’accord sur le fait que les dommages à leurs engins lunaires seront une possibilité très réelle.

En plus des sites Apollo des États-Unis, la Chine et la Russie ont toutes deux envoyé des robots sur la Lune, et d’autres pays, dont l’Inde et le Japon, ont écrasé des engins spatiaux sur la surface lunaire. Ces véhicules, ou leurs restes, pourraient se trouver dans la ligne de mire, quel que soit l’endroit où un grand atterrisseur humain se posera. « Je pense que nous devons avoir un accord international selon lequel nous sommes tous d’accord pour être autorisés à sabler le matériel de l’autre », dit Metzger. « Si nous ne pouvons pas nous mettre d’accord sur ce point, cela signifie que nous ne pourrons pas atterrir à certains endroits sur la Lune. Et cela signifie que les pays vont pouvoir revendiquer un territoire effectif. »

Il faudra encore de nombreuses années aux États-Unis avant que des humains n’effectuent des allers-retours réguliers sur la Lune, il y a donc encore beaucoup de temps pour y réfléchir avant que des tensions internationales n’apparaissent. Mais si la NASA et l’industrie spatiale privée veulent vraiment aller sur la Lune pour y rester, ces organisations devront se familiariser avec les particules qui recouvrent la surface lunaire. Car leurs véhicules pulvériseront de la poussière lunaire partout sur la Lune, qu’ils le veuillent ou non.

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