Tout le monde veut créer une base lunaire
— Actualités du 14 février 2019 —
La possibilité de coloniser un jour la Lune est étudiée en détails par la NASA, l’ESA et la CNSA, et aussi Roscosmos. De nombreuses entreprises privées ont aussi cet objectif, comme Blue Origin, SpaceX, Moon Express et bien d’autres entreprises. Les agences spatiales et les entreprises privées travaillent pour pouvoir emmener des hommes ou du cargo sur la Lune aussi vite que possible.
La décennie 2020 devrait être consacrée à l’exploration robotique. L’exploration humaine pourrait démarrer à la fin des années 2020 ou au début des années 2030. La première et dernière aventure humaine à la surface de la Lune date maintenant d’un demi-siècle. Cela s’est traduit par par des séjours courts de quelques jours maximum. Mais cette fois-ci, la NASA et les autres agences spatiales semblent vouloir aller sur la Lune pour y rester.
Concrètement, cela se traduit par la création d’une base permanente ou semi-permanente sur la Lune, comme une station spatiale internationale mais à la surface de la Lune. C’est le positionnement de l’Europe avec le projet Moon Village. Mais pour construire une base lunaire, il faudra répondre à de nombreux défis.
La Lune n’est pas accueillante pour l’homme
La Lune n’est pas l’endroit le plus accueillant du système solaire. Il faut encore trouver une solution pour faire faire aux nombreux défis : radiations, à la poussière, aux micro-météorites, aux températures, à l’énergie, à l’oxygène, à l’eau, à la nourriture ou encore à l’isolement.
La station spatiale internationale prépare à affronter certains de ces défis. Mais cela sera assez différent sur la Lune. L’éloignement de la Terre rend les missions d’approvisionnement plus coûteuses. En revanche, on peut trouver sur place de nombreuses ressources qui pourraient être exploitées directement par les habitants d’une base lunaire. L’agence spatiale européenne est particulièrement active dans la recherche liée à ces problèmes.
Au mieux, une première base lunaire sera créée au début des années 2030. Mais cela ne veut pas dire qu’on ne peut pas déjà résoudre quelques uns des défis identifiés. Sur Terre, l’ESA est actuellement en train de créer un centre de simulation. Sa surface sera de 1000 mètres carrés, entièrement recouverte d’un matériau imitant le régolithe lunaire et un habitat appelé Flex Hab. L’objectif est de pouvoir tester les technologies et les procédés que des explorateurs humains pourront utiliser sur la Lune.
Où installer une base lunaire ?
Ce qu’il faut étudier en premier quand on parle d’une base lunaire est le lieu pour l’installer. La région équatoriale est la plus facile d’accès, à l’alunissage comme au décollage. Sur la face visible de la Lune, la base lunaire permettrait d’avoir des communications sans interruption avec la Terre. Les nuits lunaires sont en revanche très longues, 14 jours.
Les régions polaires sont de plus en plus intéressantes. C’est plus difficile d’atterrir sur un pôle de la Lune mais il y a de la glace d’eau et des reliefs qui restent illuminés 80% ou 90% du temps, ce qui est idéal pour des panneaux solaires. La région du pôle sud est actuellement la région qui semble la plus intéressante. On peut donc imaginer qu’installer une base lunaire au pôle sud serait une bonne idée.
Il reste cependant encore de nombreuses décisions à prendre : faut-il installer la base lunaire à la surface ou creuser en profondeur ? On sait que la Lune a de nombreux tubes de lave. Ce sont des tunnels naturels qui fourniraient une protection efficace contre les radiations, les météorites et les températures extrêmes. Mais il faut trouver un tube de lave situé à proximité des ressources intéressantes.
Le plus simple serait peut-être de construire la base lunaire dans un cratère, puis la recouvrir de régolithe. Cette solution apporterait beaucoup d’avantages. Les niveaux inférieurs d’une telle base lunaire seraient situé sous plusieurs dizaines de mètres de matériaux, à l’abri de toute menace. Les cratères lunaires sont tellement nombreux qu’on en trouvera situé à la fois près d’un dépôt de glace d’eau et d’un pic de lumière éternelle. Utiliser le régolithe lunaire pour faire un blindage anti-radiations est un premier exemple très simple d’utilisation des ressources locales.
Grâce à cela, il n’est pas nécessaire de d’imprimer des structures en 3D ou d’utiliser un procédé complexe. Une simple pelleteuse peut faire ce travail. On peut ainsi utiliser des modules gonflables légers pour construire la base lunaire et donc réduire l’empreinte logistique de la base lunaire. Cette solution résout le problème des radiations, des météorites et apporte une isolation thermique. En colonisant de cette façon plusieurs cratères adjacents, on peut donner naissance à un véritable village.
La glace d’eau et l’exposition au soleil détermineront la localisation de la base lunaire
Le choix final de l’emplacement de la base lunaire sera probablement conditionné par la découverte d’un important dépôt de glace d’eau. Pour une base lunaire, l’eau sera la ressource locale la plus importante car il faut boire mais aussi car on peut en extraire des ergols de fusée par électrolyse. L’électrolyse est un procédé qui permet de séparer l’eau en dioxygène et dihydrogène. Grâce à un courant électrique, ce procédé peut aussi être une façon de stocker l’énergie pendant les longues nuits lunaires. Le dihydrogène et le dioxygène peuvent en effet servir dans une pile à combustible. L’eau devient ainsi un moyen de s’hydrater, de faire voler les fusées et de conserver l’énergie produite par des panneaux solaires.
Le problème est que la glace d’eau est située tout au fond de cratères que la lumière du jour n’atteint jamais. L’extraction de la glace d’eau pourrait donc être très compliquée. Le moyen le plus simple pour y parvenir serait probablement de rediriger la lumière du soleil au fond de ces cratères à l’aide de miroirs. Les vapeurs d’eau produites seraient alors acheminées jusqu’aux cellules à électrolyse. L’extraction de la glace d’eau sera en tout cas un des défis les plus importants d’une base lunaire. Ce ne sera effet pas facile de faire descendre des machines industrielles le long des pentes escarpées dans le noir complet.
En utilisant des piles à combustible, on peut utiliser l’énergie solaire de deux façons. Des panneaux photovoltaïques exposés sur des pics de lumière éternelle alimenteraient la base lunaire en électricité et fourniraient l’énergie nécessaire pour déclencher le processus d’électrolyse. La chaleur du soleil pourrait aussi être utilisée pour plusieurs autres applications. Elle pourrait servir à extraire la glace d’eau et à cuire le régolithe lunaire dans des fours solaires.
L’exploitation du régolithe est essentielle pour la base lunaire
Il y a beaucoup d’oxygène dans le régolithe, sous forme d’oxyde métallique. A partir de 900 degrés Celcius, on peut casser les liens chimiques qui unissent ces molécules pour capturer de l’oxygène supplémentaire et du fer, de l’aluminium ou du magnésium. Ce sont des ressources utiles pour une base lunaire, même si ce procédé est beaucoup plus gourmand en énergie que la fonte de glace d’eau.
A partir de 1100 degrés Celsius, il devient possible de faire fondre le régolithe lunaire. On peut alors lui donner la forme voulue pour fabriquer par exemple des briques. Le matériau obtenu a une résistance similaire au plâtre et peut donc être utilisé pour la construction. Certaines formes spécifiques comme les arches et les dômes seraient particulièrement adaptées pour ce type de matériau.
Grâce à ces différentes techniques, une base lunaire pourrait être indépendante au niveau de l’énergie, de l’eau et de la production d’ergols et d’oxygène. Elle pourrait même bâtir de nouvelles structures sur la Lune sans nécessiter de beaucoup de ravitaillement en provenance de la planète Terre. C’est un niveau d’indépendance supérieur à celui de la station spatiale internationale.
Comment se nourriront les habitants de la base lunaire ?
On peut aussi essayer de faire pousser sur la Lune une partie de la nourriture consommée par les habitants de la base lunaire. Avec l’eau et l’électricité, il y a tout ce qu’il faut pour faire grandir des plantes et des légumes comestibles. Cette expérience a déjà été réalisée avec succès à bord de la Station Spatiale Internationale. Plusieurs espèces de plantes semblent particulièrement intéressante. La vitamine C1, la vitamine K et le potassium sont essentiels pour l’organisme mais se dégradent très vite. Pour en absorber suffisamment, il faut donc consommer des produits frais. Sur la Lune, les astronautes auront uniquement des boîtes de conserve et des plats lyophilisés.
La culture du chou frisé pourrait résoudre ce type de problème car il est très riche en vitamine et assez simple à cultiver dans des espaces réduits. La pomme de terre est un autre élément intéressant grâce à son apport calorique. De plus, une telle masse végétale recyclerait une partie du CO2 généré par la respiration des habitants de la base lunaire. L’expérience de biosphère emportée par la mission chinoise Chang’e 4 a été intéressante pour observer la culture des plantes. Mais on ne sait pas encore s’il est possible de fabriquer un terreau adéquat grâce au régolithe lunaire. Une partie des nutriments nécessaires aux plantes devrait probablement provenir de la Terre.
La colonisation de la Lune est un pas majeur pour l’humanité
Il y a de nombreuses façons de contourner les difficultés de la vie sur la Lune. Des dizaines de concepts d’habitat lunaire ont été envisagées. La NASA a fait des devis pour plus de vingt manières différentes d’extraire l’oxygène du régolithe lunaire. Créer une base habitée permanente sur la Lune est à la portée de l’humanité si elle s’en donne les moyens. D’un point de vue scientifique la Lune mérite certainement quelques expéditions.
On peut imaginer des bases lunaires qui ressembleraient aux bases situées en Antarctique qui accueillent des experts soigneusement choisis pour des périodes plus ou moins longues. Une installation plus massive nécessiterait la présence sur place d’entreprises privées et la création d’une véritable économie centrée sur les ressources lunaires. Les travaux de reconnaissance effectuées par les missions chinoises, indiennes, européennes, russes ou américaines vont dans ce sens.
Les tubes de lave de la Lune pourraient accueillir une base lunaire
— Actualités du 24 octobre 2017 —
La sonde spatiale Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), lancée par la NASA en 2009, a fait une découverte intéressante : la Lune possède des centaines de cavités naturelles formées par des tubes de lave. Certaines de ces cavités pourraient faire jusqu’à 900 mètres de diamètre et 50 kilomètres de long. Certains pensent que ces cavités pourraient accueillir une base sur la Lune. En effet, les conditions à la surface de la Lune ne sont pas très accueillantes : pas d’atmosphère, pas de champ magnétique, des températures extrêmes, des micro-météorites et des radiations… A l’époque du programme Apollo, personne n’a passé plus de trois jours sur la Lune.
Les tubes de lave, dont l’existence vient d’être confirmée, pourraient donc offrir un début de protection à une présence humaine permanente sur la Lune. Les tubes de lave sont formés lorsqu’une coulée de lave a créé des tunnels dont les parois se sont durcies avec les hautes températures, ce qui a créé des tubes creux. Ce phénomène est connu sur Terre mais les tubes de lave présents sur la Lune semblent bien plus grands que ceux de notre planète. Les tubes de lave règlent le problème des radiations et des micro-météorites pour les explorateurs. La température dans les tubes de lave serait constante, de -30 degrés à -40 degrés, alors qu’à la surface de la Lune, les températures varient de -175 degrés à 125 degrés selon qu’il fasse jour ou nuit.
Il serait ainsi possible d’installer des modules gonflables pour créer des habitats dans ces tubes de lave, fournissant ainsi des espaces de plusieurs kilomètres carrés pour accueillir des humains. Ces espaces auraient l’avantage de permettre aux occupants de la base lunaire de vivre dans un espace non artificiel. De plus, la lune n’est probablement pas complètement sèche : si on est capable de trouver ou d’exploiter des sources d’eau lunaire alors ce serait très intéressant pour envisager une colonisation de la Lune, qui pourrait devancer la colonisation de Mars ou de Vénus. En effet, la Lune ellite offre de véritables perspectives industrielles : d’une part la Lune possède de larges réserves de titane et d’hélium 3, et d’aure part la Lune est très proche de la Terre. Si la Lunar Orbital Platform-Gateway se concrétise ainsi que les ambitions lunaires de la Chine, une exploration humaine d’un de ces tubes de lave aura probablement lieu, et peut-être même l’installation d’une base sur la Lune.
Image by ESA/Foster + Partners
Sources
