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La Lune, un monde d'eau ! Etat des connaissances et perspectives hydrotechniques

De
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La Lune, jusqu’ici considérée comme un objet sur lequel l’eau ne pouvait pas exister, apparaît aujourd’hui disposer de ressources hydriques non négligeables. Nous rappelons les diverses étapes qui ont prévalu à la création de la Lune. Puis nous présentons rapidement les principaux résultats et modèles issus du programme Apollo pour en conclure qu’ils sont maintenant révolus. En effet, les résultats des dix dernières années provenant des sondes embarquées, des radars terrestres, et de l’étude des météorites lunaires tombées sur Terre ont amené à revisiter les modèles conceptuels et de nouvelles provinces lunaires ont émergé. C’est cette « nouvelle Lune » que nous appréhendons à partir des modèles géologiques et cosmochimiques, pour dégager les différentes étapes de la découverte d’eau sur la Lune. Enfin, nous rappelons les ordres de grandeur des ressources hydriques et jetons les bases des recherches qu’il convient de mener pour que les sciences hydrotechniques permettent l’exploitation de cette ressource dans le cadre de missions habitées de longue durée. Nous concluons, enfin, sur le fait que la conquête lunaire et spatiale ne sont pas optionnelles mais bien une nécessité pour la survie de l’espèce humaine.
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Hydrocosmogénie
DOI 10.1051/lhb:2010028
là lunE : un mondE d’Eàu !  etàt dES connàiSSàncES Et pERSpEctiVES HYdRotEcHniQuES
A lunar waterworld !  State of the art and hydrotechniques perspectives MIChel DeTay 1 SCHEMATICS Hong Kong
a Lune, jusqu’ici considérée comme un objet sur lequel l’eau ne pouvait pas exister, apparaît aujourd’hui graLmme Apollo pour en conclure qu’ils sont maintenant révolus. En effet, les résultats des dix dernières années disposer de ressources hydriques non négligeables. Nous rappelons les diverses étapes qui ont prévalu à la création de la Lune. Puis nous présentons rapidement les principaux résultats et modèles issus du pro provenant des sondes embarquées, des radars terrestres, et de l’étude des météorites lunaires tombées sur Terre ont amené à revisiter les modèles conceptuels et de nouvelles provinces lunaires ont émergé. C’est cette « nouvelle Lune » que nous appréhendons à partir des modèles géologiques et cosmochimiques, pour dégager les différentes étapes de la découverte d’eau sur la Lune. Enfin, nous rappelons les ordres de grandeur des ressources hydriques et jetons les bases des recherches qu’il convient de mener pour que les sciences hydrotechniques permettent l’ex ploitation de cette ressource dans le cadre de missions habitées de longue durée. Nous concluons, enfin, sur le fait que la conquête lunaire et spatiale ne sont pas optionnelles mais bien une nécessité pour la survie de l’espèce humaine.
ince the first sample return missions of the 1960s, lunar scientists have operated under the presumption that ofShydroxyl (OH) and water. It is thought that the Moon formed by collision between Earth and a Marssize body the Moon is entirely dry. Four papers published in September 2009, challenge that notion: Infrared spec troscopic measurements of the lunar surface from spacecraft provide unambiguous evidence for the presence 9 4,524.10 years ago. In this paper, we first focus on the old results of the Apollo program. Secondly we are leading to an improved understanding in light of global remotely sensed data coming from multispectral imaging, geoche mical mapping, and geophysical constraints. This new view offers a significant refinement to previous models for the compositional asymmetry of the Moon. The new reports of lunar surface water coincide with intense interest in water at the poles of the Moon. The results of the present studies lend credence to the lunar polar water hypothesis by providing a proven source of water on the surface of the Moon. What is the source of water ? Important conti nuous sources of water include reduction of lunar divalent iron in minerals to metallic iron by solarwind hydrogen, producing water, and liberation of water from impacting interplanetary dust and small meteoroids. The most valua ble result of these new observations is that they prompt a critical reexamination of the notion that the Moon is dry. It is not. Harvesting the lunar regotith for volatiles now becomes a serious option for longterm human activity. The Moon is the first waypoint for human exploration of the Solar System. This exploration is a must for the survival of humankind.
I nDe la lUNe géOlOgIe
La Lune est l’unique satellite naturel de la Terre et le cin quième plus grand satellite du système solaire avec un dia mètre de 3 474 km. La distance moyenne séparant la Terre de la Lune est de 384 400 km, c’estàdire environ trente fois le diamètre terrestre.
1. 7/F., Bonham Centre  7985 Bonham Strand, Sheung Wan, Hong Kong. Email : mdetay@yahoo.com
À l’exception de Mercure et Vénus, toutes les planètes du système solaire possèdent des satellites naturels qualifiés de lunes. Jupiter et Saturne, de leur côté, en possèdent res pectivement 63 et 60 de tailles et formes très variées. Dans les années 1970, on connaissait 32 lunes dans le système solaire, on en distingue aujourd’hui plus de 140.
lI.1 FOrMaTION De la lUNe
L’origine de la Lune est restée longtemps un sujet de débat. Plusieurs hypothèses étaient classiquement évoquées : la
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capture d’un astéroïde ; la fission d’une partie de la terre par l’énergie centrifuge voire encore la coaccrétion de la matière originelle du système solaire. Aujourd’hui, la communauté scientifique s’accorde à penser que l’origine de la Lune est la conséquence d’un impact structurant sur la protoTerre par un planétoïde de la taille de Mars (6 500 km de diamètre) appelé Théia. Cet évènement a éjecté un grand nombre de débris de l’impacteur ainsi qu’une portion du manteau ter restre dans l’espace. Des simulations informatiques laissent entendre que seulement une dizaine de pour cent de la masse originelle de l’impacteur aurait produit un anneau de débris en orbite. 90 % de la masse de la Lune proviendrait donc du manteau terrestre. Ces débris se seraient accrétés en une quelques dizaines d’années (voire une centaine d’années) au plus pour donner naissance à la Lune. Initialement, la dis tance TerreLune était de 24 000 km. La Lune s’est progres sivement éloignée pour se situer aujourd’hui à 385 000 km. Lors des six missions Apollo (19691972), 382 kg de matériaux lunaires ont été rapportés et leur analyse a permis de confirmer que les isotopes de l’oxygène des roches qui forment les deux planètes se situent sur la même droite de fractionnement géochimique, ce qui indique un réservoir commun pour cet élément, preuve du caractère consanguin des deux planètes. Aujourd’hui, les techniques de géochronologie et de cosmochronologie, utilisant un grand nombre de systèmes radiométriques, permettent de dater avec précision l’âge des météorites et des planètes. Les formations de la Terre et de la Lune peuvent être datées grâce à la désintégration radioactive de certains éléments. C’est ainsi que l’on connaît avec précision l’âge de la Terre (4,566 ± 0,0005 Ga) à partir 235 de la désintégration de deux isotopes de l’uranium ( U et 238 207 U) en deux isotopes du plomb (respectivement Pb et 206 Pb). L’échelle de temps d’accrétion de la Terre est de l’ordre 182 182 de 50 à 100 Ma. Les mesures des ratios Hf W montrent que la Terre avait isolé son noyau interne après 30 Ma, date proche de l’impact structurant à l’origine de la Lune lui même daté de 42 Ma soit il y a 4,524 Ga.
2 lI.2 UNe NOUvelle lUNe  NOTre lUNe
Les informations provenant d’une part des sondes embar quées par les missions postApollo, notammentClementineetLunar Prospector dans les années 90, et d’autre part de l’étude des météorites lunaires tombées sur Terre, nous amè nent à repenser la Lune. Une nouvelle Lune s’offre à nous. Le modèle simpliste, issu des missionsApollode l’étude et des échantillons rapportés, consistant à considérer la Lune comme le résultat de la différentiation d’un océan de magma originel faisant émerger mers et terres, est aujourd’hui révolu. La structure de « la nouvelle Lune » apparaît être beaucoup plus complexe.
Force est de constater que la Lune comporte de vastes zones marquées par une signature géologique et géochi mique propre. Ce nouveau modèle permet notamment de rendre compte de la très forte asymétrie de distribution du thorium et du fer (cf.Fig. 1). Il est vraisemblable que les provinces géochimiques émergentes proviennent d’une asy métrie de processus de différenciation doublée de l’influence des grands d’impacts structurants qui se sont succédé sur la jeune Lune. De larges zones se révèlent être constituées d’anorthosites quasipures répondant maintenant à l’appella tion de « Feldspathic Highlands Terrane »  FHT (cf.Fig. 2). La croûte feldspathique a par endroits été largement entamée par l’impact majeur à l’origine du bassinAitken qui a peut être même excavé la croûte jusqu’au manteau. Ceci serait à l’origine de la signature mafique (riche en ferromagnésiens) du toit du bassin par rapport à son environnement de croûte feldspathique. Notons que le cratèreAitken, au pôle sud, avec ses 2 600 km de diamètre et 13 km de profondeur, représente le plus grand cratère d’impact connu à ce jour dans le système solaire.
2. Pour reprendre l’expression de Gregory Deloy de l’université de Californie (ouest) lors de la conférence de presse de la Nasa le vendredi 13 novembre 2009 : « Ce n’est plus la Lune du programme Apollo mais notre Lune ».
FiGuRE 1  DÉconVoLution SpàtiàLE dE Là concEntRàtion En tHoRium tEL QuE mESuRÉ pàR LE SpEctRomÈtRE Gàmmà dE Là SondE LunarProspector, d’àpRÈS D. làwREncEet al., (2007). rEpRoduit àVEc L’àimàBLE àutoRiSàtion dE L’agU  « gEopHYSicàL rESEàRcH lEttERS ».
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De plus les petits bassins de la face cachée ne semblent pas avoir été excavés audelà de la croûte feldspathique. Cependant, sur les bords, là où la croûte est plus mince, l’horizon KREEP (localisé sous la croûte) a été ramené à la surface par des impacts structurants tardifs. Ces affleure ments se trouvent être concentrés dans la région de la mer Oceanus Procellarum et du bassinImbrium, formant ainsi une province géologique dédiée répondant à l’appellation de « Procellarum KREEP Terrane »  PKT (cf.Fig. 3).
En surface la croûte lunaire est recouverte d’une couche poussiéreuse appelée régolithe. La croûte et le régolithe sont inégalement répartis sur la Lune. Son épaisseur varie de 3 à 5 mètres dans les mers, jusqu’à 10 à 20 mètres sur les hauts plateaux. L’épaisseur de la croûte varie de 0 à 100 kilomètres selon les endroits. En première approximation, on peut consi dérer que la croûte de la face visible est deux fois plus fine que celle de la face cachée. Les données et modèles géophysiques permettent d’estimer que l’épaisseur moyenne de la croûte
FiGuRE 2  CoupE tHÉoRiQuE àu SEin du FhT Et du pôLE Sud aitkEn (sPa), d’àpRÈS JoLLiff b. l.et al., (2000), modifiÉ. rEpRoduit àVEc L’àimàBLE àutoRiSàtion dE L’agU  « JouRnàL of gEopHYSicàL rESEàRcH  PLànEtS ».
FiGuRE 3  CoupE tHÉoRiQuE àu SEin du PKT, d’àpRÈS JoLLiff b. l.et al., (2000), modifiÉ. rEpRoduit àVEc L’àimàBLE àutoRiSàtion dE L’agU  « JouRnàL of gEopHYSicàL rESEàRcH  PLànEtS ».
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serait de 3545 kilomètres sur la face visible et de l’ordre de 100 kilomètres d’épaisseur maximum pour la face cachée. Une telle asymétrie d’épaisseur pourrait expliquer la raison pour laquelle le centre de masse de la Lune est excentré. Selon les données disponibles, le manteau est vraisembla blement homogène sur toute la Lune. Cependant, certaines hypothèses laissent entendre que la face cachée comporterait un manteau légèrement différent de celui de la face visible. Nous ne disposons que de peu d’informations pour attester de la présence d’un noyau. Les données de télémétrie laser accumulées depuis les missionsLuna etApollo permettent toutefois de penser qu’un petit noyau de 300400 km de rayon est bien présent. Celuici serait beaucoup moins dense que celui de la Terre (il ne contiendrait pas ou très peu de fer) et pourrait être partiellement fluide. La compréhension de la formation des provinces lunaires et de leur processus de différenciation demeure un objectif fondamental qui devrait permettre de mieux comprendre les dynamiques magmatiques planétaires.
II n De l’eaU sUr la NOUvelle lUNe
Comme nous l’avons vu, la Lune est née d’une colli sion colossale entre la protoTerre et Théia, un corps de la taille de Mars. Les éléments volatils, dont l’eau, ont nécessairement été évaporés lors de l’impact. Par ailleurs, la quasiabsence d’atmosphère et une température supérieure à o 100 C au Soleil rendraient impossible la présence d’eau sur la Lune. De fait, les échantillons du sol et des roches lunai res ramenés par les douze astronautes d’Apollode six lors missions (19691972) n’avaient pas révélé la présence d’eau. La science avait alors conclu que la Lune était sèche, puis que les échantillons étaient quasiment dépourvus de traces d’eau. Depuis lors, plusieurs étapes se sont succédé pour en arriver à confirmer la présence d’eau sur la Lune.
lII.1 19942007 UNe sIgNaTUre POTeNTIelle MaIs CONTesTée
Les radars terrestres comme les sondes lunaires,Clémen tine1994 (NASA), en Lunar Prospector en 1998 (NASA), ouSmart One2003 (ESA) avaient conclu à la présence en de grandes zones riches en hydrogène aux pôles sud et nord de la Lune, perpétuellement plongés dans les ténèbres (cf. Fig. 4). Or l’hydrogène est un des constituants de l’eau avec l’oxygène. Mais une sonde japonaise,Kaguya, lancée en 2007, avait remis en cause ces découvertes. Enfin, à la fin de sa mission, la sondeLunar Prospector a même été précipitée dans le fond d’un cratère censé contenir de la glace d’eau. On pensait que l’écrasement dégagerait de la vapeur d’eau détectable par les télescopes terrestres, apportant ainsi une preuve potentielle de la présence d’eau sur la Lune. Mais aucune molécule d’eau n’a été détectée pendant l’impact. Cependant, la probabilité d’en voir était très faible, car la sonde étant petite, l’énergie dégagée lors de l’impact n’était pas forcément suffisante pour vaporiser de l’eau et que celleci soit visible de la Terre.
l2008 De NOUvelles aNalysesII.2 eN MeTTeNT eN évIDeNCe UNe eaU De CONsTITUTION
Il aura fallu attendre 2008 pour que l’équipe d’A. Saal de l’université Brown (ÉtatsUnis) analyse, au spectromètre de masse, des échantillons de sphérules vitreuses de basalte lunaire prélevés dans les fameuses zones de couleur orange et ramenés par les missions Apollo 11, 15 et 17 entre 1969 et 1972. Cette équipe met en évidence la présence d’eau et conclut que le magma lunaire contenait 745 ppm d’eau avant sa remontée, soit une proportion semblable à celle de la Terre il y a 4,5 milliards d’années (0,1 % de son poids). Il s’agit d’une teneur en eau comparable à celle des basaltes
FiGuRE 4  CàRtE dES pôLES LunàiRES iSSuE du comptàGE dES nEutRonS ÉpitHERmàux. lES RÉGionS SomBRES indiQuEnt Là pRÉSEncE d’HYdRoGÈnE. D’àpRÈS P. lucEYet al.(2006), modifiÉ. rEpRoduit àVEc L’àimàBLE àutoRiSàtion dE Là « rEViEwS in MinERàLoGY ànd gEocHEmiStRY ».
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MORB (des rides médioocéaniques). Ceci laisse entendre que la teneur en eau de la Lune profonde est probablement semblable à celle de la Terre profonde (ce qui apparaît logi que puisqu’elles ont la même origine). Il y a donc toujours eu de l’eau sur la Lune. Ce déni de la communauté scientifi que, pendant 40 ans, était probablement lié à l’adhésion aux modèles en vigueur qui empêchait alors de penser en dehors du cadre alors imposé.
En toute hypothèse il s’agit d’eau constitutive des roches volcaniques. Cette découverte a certes de l’importance pour une meilleure compréhension des processus magmatiques lunaires. Par contre, pour quiconque familier avec un basalte, la présence de cette eau de constitution ne permettra pas à des missions humaines de s’alimenter en eau.
l2009 la PreUve De l’eXIsTeNCeII.3 eN D’eaU « lIbre » sUr la lUNe
La Lune, jusqu’ici considérée comme un paysage déser tique de poussières et de roches, dépourvu de la moindre goutte d’eau, se révèle, en 2009, contenir des ressources hydriques. En effet, des observations récentes, réalisées en infrarouge par quatre sondes spatiales, montrent de façon indépendante et sans ambiguïté que de l’eau et des radi caux hydroxyles (OH) sont présents à la surface de notre satellite. Il s’agit de : — J. Sunshine, de l’Université du Maryland, O. Groussin, du Laboratoire d’astrophysique de Marseille, et leurs collègues qui ont utilisé le spectromètre de la sonde américaineEPOXI, prolongement de la missionDeepimpact en route vers la
comète 103P/Hartley 2 et passée à seulement six millions de kilomètres de la Lune en juin 2009. — L’équipe de C. Pieters, de l’Université Brown, a quant 3 à elle exploité l’instrument M de la mission indienne Chandrayaan 1 (le satellite indien,Chandrayaan1, parti faire le tour de la Lune le 22 octobre 2008 ne répond plus actuellement et la sonde a été déclarée définitivement perdue par l’agence spatiale indienne le 29 août 2009). — R. Clark, du Bureau géologique américain, a tiré parti des données l’instrument VIMS de la missionCassiniHuygens. — A. Colaprete, responsable scientifique de la mission LCROSS, après un impact provoqué dans un cratère polaire lunaire et l’analyse du panache ainsi créé. Les trois premiers spectromètres ont inspecté la surface lunaire à des longueurs d’onde proches de trois micromètres (μm), où se révèlent les bandes d’absorptions caractéristiques des molécules d’eau. Cette longueur d’onde correspond en effet à l’énergie de vibration de la molécule d’eau et du radical OH. Ces bandes d’absorption ont bien été détectées, signant sans ambiguïté la présence d’eau à la surface de la Lune (cf.Fig. 5). Cette détection en apparence simple n’avait jamais pu être réalisée, car les instruments de la plu part des sondes spatiales qui quittent la Terre sont contami nés par de l’eau. Cette contamination empêche sa détection. Cette observation est également impossible depuis le sol, car l’atmosphère, saturée en eau, est opaque à trois micromètres de longueur d’onde. De l’eau serait donc présente, en faibles quantités, sur presque toute la surface de la Lune, aux latitudes supérieu res à dix degrés. La bande d’absorption est plus marquée à mesure que l’on s’approche des pôles.
FiGuRE 5  CES imàGES montREnt un tRÈS jEunE cRàtÈRE SuR Là fàcE càcHÉE dE Là lunE Vu pàR « Moon MinERàLoGY MàppER » dE Là Nasa EmBàRQuÉ SuR Là SondE SpàtiàLE CHàndRàYààn1. suR Là pàRtiE GàucHE unE imàGE montRànt Là LuminoSitÉ En infRàRouGE. suR Là dRoitE Là diStRiBution dES minÉRàux RicHES En Eàu (En BLEu). loRS dE L’impàct dE LLCROSon mit En ÉVidEncE dE L’Eàu Et dES màtÉRiàux RicHES En Ràdicàux HYdRoxYLES (Oh). CRÉdit imàGE : IsrO/Nasa/ JPlCàLtEcH/Usgs/bRown UniV.
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La quantité d’eau présente serait de moins de 0,5 % de la masse des matériaux en surface (dans le premier millimètre d’épaisseur), soit 0,5 litre pour une surface équivalente à un terrain de football [J. Sunshine, 2009]. La présence d’eau apparaît variable au cours du « jour lunaire » étant maxi mal le matin et le soir, quand le Soleil est bas sur l’horizon lunaire, et minimal, voire nul, le midi, quand le Soleil est haut dans le ciel. Les molécules d’eau sont adsorbées sur le régolithe par des forces de Van der Waals. Elles sont donc relativement mobiles et peuvent être facilement arrachées de leur support, par exemple quand la température s’élève avec l’ensoleillement. Une volatilité qui explique sans doute que leur concentration varie au cours d’un jour lunaire. C. Pieters et son équipe ont également mis en évidence des variations spatiales de la concentration en eau, liées à des caractéristiques géologiques, en particulier aux zones riches en feldspathplagioclase (CaAl Si O ). Ces variations 2 2 8 pourraient être liées aux traces d’eau découvertes à l’inté rieur de la Lune. Enfin, le 9 octobre 2009, la NASA a précipité le der nier étage de sa fusée porteuse (fusée Centaur de 2,3 ton nes) de l’impacteurLCROSS dans le cratère Cabeus pour y dénicher de la glace d’eau.LCROSS, suivant de près son ancienne fusée (4 min plus tard), a pu analyser le panache de débris expulsé par l’impact qui a creusé un cratère de 20 à 30 mètres. Le 13 novembre 2009, la NASA a annoncé qu’elle avait découvert des quantités significatives d’eau à la surface de la Lune, suite à l’analyse des projections provenant de l’impact volontaire de la sondeLCROSS avec l’astre sélène : « Nous y avons trouvé l’équivalent d’au moins une dizaine de seaux de 7,5 litres d’eau chacun », a précisé A. Colaprete, respon sable scientifique de la missionLCROSS. L’analyse partielle de ces données a donc déjà permis de détecter, dans l’infra rouge et l’ultraviolet, la présence d’eau dans les éjectas. Plus précisément de vapeur d’eau, de glace d’eau et d’hydroxyle (OH). Au total, une centaine de kilogrammes d’eau aurait été détectée parLCROSS. Toutefois, cette quantité rapportée à la masse de matière éjectée, pourrait correspondre à une proportion d’eau très faible (possiblement 1 000 fois plus faible que dans une roche terrestre). Ces résultats confir ment cependant que des cratères polaires peuvent abriter des matériaux à l’abri du rayonnement solaire pendant des dizaines de millions d’années. D’autres matériaux, comme du méthane, du dioxyde de carbone ou du dioxyde de soufre auraient également été repérés dans les données deLCROSS. Autant de composés qui ont dû être apportés sur la Lune par des comètes ou des astéroïdes, tout comme l’eau, dont l’origine est débattue.
III nlUNaIre : qUaNTITé  l’eaU OrIgINe ?
3 On parle de quelques Gm (milliards de mètres cubes) 8 3 d’eau sur la Lune, contre 1,55.10 Gm d’eau sur Terre. L’eau lunaire reste donc extraordinairement rare. La Lune reste bien plus aride que le plus desséché de nos déserts terrestres.
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Plusieurs mécanismes sont susceptibles de répondre à la présence de l’eau sur la Lune sans qu’il ne soit possi ble aujourd’hui de déterminer leur participation respective au bilan hydrique lunaire. Dans les principales sources on retiendra l’apport d’eau par les impacts continus de pous sières et de micrométéorites. Un apport ponctuel et massif d’eau par des comètes ou de grands astéroïdes est peu plau sible, car les impacts provoqués par ces objets dégagent trop d’énergie pour que l’eau soit conservée. Une autre piste consiste à penser que l’eau serait créée en continu par l’inte + raction des ions hydrogène H du vent solaires.
lIII.1 qUaNTITé ?
Déjà, le 5 mars 1998, la NASA avait annoncé que les don nées renvoyées par la sondeLunar Prospector indiquaient que de la glace d’eau est présente aux pôles sud et nord de la Lune, en concordance avec les résultats de la sondeCle mentineconcernant le pôle sud et rapportés en novembre. La glace semblait initialement être mélangée avec le régolithe à des concentrations estimées entre 0,3 et 1 %. Des données ultérieures deLunar Prospector obtenues sur une plus lon gue durée ont indiqué la présence possible de dépôts discrets et confinés de glace d’eau presque pure enfouie jusqu’à 40 cm de régolite sec, avec une signature d’eau plus forte au pôle nord lunaire qu’au pôle sud. L’eau est supposée être 2 répandue sur une surface de 10 000 à 50 000 km près du 2 pôle nord et sur une surface de 5 000 à 20 000 km autour du pôle sud. Des résultats plus récents montrent cependant que l’eau semble être plus concentrée dans des zones loca 2 lisées (d’environ 1 850 km , sur chaque pôle) que répartie sur de grandes régions. La masse totale estimée de glace est d’environ 6 milliards de tonnes. Mais des incertitudes dans les modèles signifient que cette estimation peut être considé rablement réduite. 3 Une autre approche quantitative, déduite de M deChan drayaan1, consiste à considérer que des radicaux hydroxy les sont présents dans le premier millimètre de 25 % de la surface de la Lune. Les mesures réalisées suggèrent qu’il faille traiter un tonne de régolithe pour extraire 1 litre d’eau. 6 3 Le calcul donne 28.10 m d’eau potentiellement présente dans le premier millimètre de surface lunaire.
lIII.2 OrIgINe ?
Comme nous l’avons vu, il y a deux types d’eau sur la Lune : l’eau constitutive des roches magmatiques qui pro vient vraisemblablement des météorites primitives qui sont à l’origine de la Terre et de la Lune et de l’eau « libre » de surface sous forme de glace en surface.
La surface de la Lune est continuellement bombardée par des météorites et des micrométéorites. Beaucoup de ces impacteurs, voire tous, contiennent de la glace d’eau. De la glace qui survivrait à l’impact serait dispersée sur la surface lunaire. La plus grande partie serait rapidement vaporisée et, reprise par les vents solaires, se perdrait dans l’espace, mais une partie pourrait rester présente à la surface pour finir dans les cratères situés en permanence à l’ombre. La molécule d’eau pourrait arriver directement dans le cratère ou pourrait
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migrer à la surface comme des molécules individuelles se déplaçant au hasard par cycle évaporationgel en fonction de l’exposition du terrain au Soleil. Une fois dans un cratère à l’ombre, la glace serait relativement stable et pérenne.
L’eau superficielle provient vraisemblablement des micro météorites et des comètes qui se sont écrasées récemment (< 1 Ga) sur la Lune. En effet, le flux météoritique a été très important comme en témoignent les cratères d’impacts. Tous les impacts structurants ont dégagé une énergie considérable qui en réchauffant la Lune ont dû faire évaporer le peu d’eau qu’elle aurait pu accumuler compte tenu de son atmosphère extrêmement ténue.
L’eau libre superficielle provient, à mon sens, d’objets récents. La vapeur d’eau contenue dans l’atmosphère lunaire se serait condensée puis aurait givrée sur le sol. La glace située au fond des cratères du pôle sud aurait pu se conser ver pendant de très longues périodes, le fond de ces cra tères n’étant jamais exposé aux rayons du soleil en raison de l’inclinaison très légère de l’axe de la Lune par rapport o à l’écliptique (5 8’24’’). De même au pôle nord, où l’eau glacée serait protégée par une couche de régolithe de 40 cm d’épaisseur.
Il a même été proposé une théorie selon laquelle une partie de l’eau, après avoir été collectée dans les « pièges froids » que représentent les cratères abrités de la lumière, aurait pu être ensuite enterrée à l’occasion d’impacts météoritiques. Ce phénomène doit être mineur, car la plupart des impacts dégagent une énergie telle que l’eau se retrouverait nécessai rement sous forme gazeuse et échapperait ainsi aux réserves lunaires. En toute hypothèse même si la perte de glace due à la photodissociation, au vent solaire et aux chutes de micro météorites n’est pas bien quantifiée, le fait est que l’eau est bel et bien présente.
Les observations deDeep Impacten évidence une mettent répartition de l’eau sur l’ensemble de la surface lunaire. La teneur en eau est de 0,3 % du poids. Le mécanisme d’hydra tation est plus marqué dans les basaltes des mers que sur les terres. Ce mécanisme d’hydratation est dynamique avec une phase d’apparition (lever du jour) puis de disparition (toute la journée) et de réapparition (le soir). Ce mécanisme se produit pendant une journée lunaire, soit 29 jours terrestres. Il est donc vraisemblable que cette eau soit produite par le + vent solaire. L’interaction des ions hydrogène H du vent solaire avec les minéraux lunaires riches en oxygène pourrait entraîner la formation de molécules H O et OH. L’eau ainsi 2 formée à chaque cycle diurne pourrait soit se photo dissocier soit migrer vers les pièges froids et non éclairés des pôles augmentant ainsi la quantité d’eau gelée disponible sur la Lune.
Quel que soit le modèle évoqué, il conviendra de le mettre en perspective avec la présence de fer non altéré voire de l’absence totale de mécanismes d’altération jusqu’ici décrits dans les échantillons de roches lunaires. Il faut reconnaître que 382 kg de roches prélevées en 6 points pour juger de 2 la géologie d’une planète de 37 millions de km relevait de l’utopie. Il est maintenant certain que de grandes zones lunaires sont humides. Notons que certains auteurs avaient mis en évidence l’existence de minéraux hydratés dans des roches rapportées par Apollo 16 (Taylor L.,et al., 1974).
Résultats immédiatement contestés et imputés à une conta mination terrestre. En toute hypothèse, compte tenu de ces nouvelles observations, il conviendra de repenser le concept de Lune sèche, puisqu’elle ne l’est pas.
Iv nlUNaIre eT sCIeNCes eaU hyDrOTeChNIqUes
Même si les estimations restent encore bien incertaines 6 9 3 (entre 30.10 et 6.10 m ), il n’en reste pas moins vrai que l’eau lunaire est un produit extrêmement rare. En première approximation, on peut dire que l’eau est cent millions de fois moins abondante sur la Lune que sur Terre. Un demi litre d’eau pour une surface égale à un terrain de football.
Extraire l’eau du régolithe et la traiter pour la rendre pota ble et utilisable pour les futures bases spatiales reste un des prochains défis des sciences hydrotechniques. Peutêtre fau draitil imaginer un dispositif qui profiterait du cycle évapo rationcondensation sachant que les molécules d’eau s’éva porent quand la température monte et se condensent quand elle baisse. En traitant une quantité importante d’atmosphère lunaire aux moments opportuns, on pourrait bénéficier de ce cycle et piéger potentiellement des quantités d’eau signifi cative lorsqu’elle est mobile. Évidemment un jour lunaire durant environ 29 jours terrestres, cela ne permet pas de répéter l’extraction d’eau à une cadence élevée. Pendant le jour lunaire, toute glace exposée à la lumière du Soleil durant même un court instant disparaîtrait, car la température o monte à environ 120 C. Pour trouver de la glace pérenne, il faut aller la chercher dans les zones en permanence à l’om bre situées aux pôles.
Enfin, les techniques de filtration et de recyclage des eaux de respiration, transpiration et des eaux usées doivent per mettre un recyclage quasi permanent de l’eau embarquée par les navettes et donc limiter le besoin en ressources nouvelles (~ 10 %). La limite est aujourd’hui plus psychologique que technique, car les astronautes rechignent à trop utiliser de l’eau recyclée en eau de boisson.
Estce que la présence avérée d’eau sur la Lune est sus ceptible de restimuler la conquête spatiale ? Le programme «Constellation » proposé par G. W. Bush, en janvier 2004, a pour principal objectif de renvoyer des astronautes sur la Lune vers 2020 pour des missions de longue durée. Ce programme concrétise la stratégie spatiale américaine à long terme sous l’intitulé « Vision for Space Exploration » visant à relancer l’exploration du système solaire par des missions habitées. Le devenir deConstellationtoutefois incertain est pour des raisons budgétaires. Une commission d’experts créée par le président Barack Obama vient de rendre un rapport offrant différentes options d’exploration habitée. Le rapport met en avant l’impossibilité de tenir les objectifs fixés par le président. Il manquerait en effet 3 milliards de dollars au budget annuel de la NASA, et les nouveaux engins spatiaux en cours de développement (lanceur léger Ares I, lanceur lourd Ares V, capsule Orion) accusent déjà de sérieux retards. En toute hypothèse la Lune représente nécessairement le premier point d’accroche de la conquête spatiale bien que plus aucune semelle humaine n’ait foulé le
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Hydrocosmogénie
sol lunaire depuis 1972. Dans la perspective de la création d’une base permanente sur la Lune, la question de l’eau est primordiale. Pour que des humains s’installent sur l’astre sélène, il leur faudra trouver de l’eau sur place tant il est coûteux de l’importer de la Terre. En effet, la NASA estime à 20 000 US $ le coût d’acheminement d’un litre d’eau sur la Lune.
v n CONClUsION
Le monde dans lequel nous vivons est bien illisible. Com ment expliquer que nous ne soyons jamais retournés sur la Lune, que les navettes spatiales ne soient plus adéquates, qu’il faille encore attendre 2020 pour disposer enfin de la bonne technologie ? 50 après que l’on ait posé le premier pas sur la Lune !
En parallèle, en pleine crise H N et autres SARS, on nous 1 1 anesthésie avec un « principe de précaution » et on vaccine à la chaîne. On en oublierait même l’inquiétude gauloise qui pèse sur nos têtes. Nous savons aujourd’hui avec certitude que notre planète rentrera en collision tôt ou tard avec des géocroiseurs qui pourraient bien éradiquer l’espèce humaine. En 2009, 6 244 NEOs étaient connus dont 65 comètes et 5 409 astéroïdes et on pense n’en avoir identifié que 50 %. Il y a au moins 2 000 NEOs qui ont un diamètre supérieur à 1 km et qui seraient capables d’initier une extinction de masse sur Terre. Il nous faudrait des bases dans l’espace voire sur la Lune pour pouvoir les identifier et éventuelle ment prendre les mesures nécessaires pour qu’ils évitent la Terre. Des solutions techniques existent. Cela me semble être un sujet qu’il conviendrait de prendre au sérieux. Un vrai objectif « humanitaire » audelà des guerres, et autres crises financières, qui pèsent sur le budget des nations et notamment sur le budget américain l’empêchant ainsi d’at tribuer les crédits nécessaires à la NASA. La conquête de la Lune prend ici une toute autre perspective. L’exploitation de l’eau lunaire représente donc une nécessité à court terme pour l’espèce humaine.
vI n bIblIOgraPhIe
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