Après Artemis II, la NASA envisage d’établir une présence humaine permanente sur la Lune

Il y a quelques jours, quatre astronautes ont survolé la Lune en voyageant plus loin dans l'espace que tout autre humain avant eux, puis sont revenus sur Terre après un amerrissage au beau milieu de l'océan Pacifique. Le succès spectaculaire de la mission Artemis II de la NASA a préparé le terrain pour le retour des États-Unis à la surface de la Lune, actuellement prévu pour début 2028, un retour qui devrait par la suite mettre l'humanité en position de transformer irréversiblement notre satellite naturel en habitat permanent.

Faire de la Lune un avant-poste extraterrestre bouillonnant d'activité n'est pas un rêve aussi éloigné que vous pourriez le penser. Peu de temps avant le lancement de la mission Artemis II, l'administrateur de la NASA, Jared Isaacman, nous faisait part de l'évolution des ambitions pour le programme Artemis, à travers notamment un calendrier de lancement plus soutenu et divers projets visant à préparer la construction d'une base au pôle Sud lunaire dès la fin de l'année 2028. Pendant que les premiers astronautes du programme Artemis flirtent avec la Lune, une nouvelle course à l'espace se dessine. Des entreprises aérospatiales privées, d'autres nations et diverses agences internationales enverront à leur tour des missions inhabitées sur la Lune, que ce soit pour soutenir les efforts de la NASA ou mener leurs propres activités de prospection.

D'ici quelques années, les missions en partance pour la Lune sous l'impulsion des États-Unis pourraient bien s'enchaîner à raison d'une par mois. « La cadence évoquée est très élevée », déclare Philip Metzger, spécialiste en ingénierie aérospatiale au sein du Florida Space Institute. « Il pourrait y avoir de nombreuses missions d'expédition partout sur la Lune. »

Avant d'en arriver là, plusieurs étapes doivent être menées à bien, et les délais réduits proposés par la direction de la NASA restent pour le moins ambitieux, surtout en considérant l'histoire récente des échéances ratées du programme Artemis ; le lancement de la mission Artemis II était par exemple initialement prévu pour 2024.

Cela dit, au cours du mois dernier, nombreux sont les spécialistes au sein de la communauté aérospatiale à avoir ressenti un nouvel élan pour la course au retour sur la Lune. « Nous avons assisté à une explosion des opportunités », témoigne Tim Crain, cofondateur d'Intuitive Machines, une entreprise d'exploration spatiale actuellement dédiée au développement de technologies lunaires, notamment des solutions de transport à la surface de la Lune ou d'atterrisseurs lunaires.

Si les plans audacieux de la NASA rencontrent le succès escompté, la Lune pourrait alors changer radicalement de visage en devenant un centre industriel et scientifique, quadrillé par une flopée de rovers lunaires, alimenté par des centrales nucléaires et servant de base au lancement d'aventures cosmiques toujours plus lointaines.

PROCHAIN ARRÊT : LE PÔLE SUD LUNAIRE 

L'objectif principal du programme Artemis est clair : « établir une présence permanente » sur la Lune, déclare Lori Glaze, responsable du programme Moon to Mars de la NASA.

Actuellement prévue pour 2027, la mission Artemis III testera des opérations de vol spatial en orbite terrestre basse : un équipage pilotera un véhicule spatial Orion, le même que celui utilisé par les astronautes d'Artemis II, et tentera de s'amarrer à l'un ou l'autre des atterrisseurs produits par SpaceX et Blue Origin, ou aux deux en même temps. Ces atterrisseurs sont conçus pour guider l'équipage des futures missions Artemis jusqu'à la surface de la Lune, plus précisément les missions Artemis IV, planifiée pour début 2028, et Artemis V, fin 2028.

Toutes ces missions mettront la NASA sur la voie de son ultime but : construire une base, probablement située dans la région du pôle Sud lunaire, une contrée baignée dans l'obscurité aux conditions particulièrement hostiles. Dans ce paysage aux allures de désert volcanique, les écarts de température se comptent en centaines de degrés, le sol est recouvert de poussière lunaire hautement abrasive et le ciel noir d'ébène déverse une pluie quasi permanente de rayonnement cosmique. Malgré tout, ce piège mortel possède un atout indéniable : ses réserves de glace.

D'après les données orbitales, les emplacements les plus prometteurs se trouveraient au creux de cratères délaissés par le Soleil depuis des milliards d'années. « Nous pensons qu'il y fait suffisamment froid pour maintenir l'eau à l'état gelé pendant très longtemps », indique Glaze. La quantité de glace qui s'y trouve reste sujette à débat, tout comme sa forme, mais même les estimations les plus prudentes suffisent à susciter l'émoi des spécialistes.

« L'eau, c'est le pétrole de l'espace », déclarait George Sowers à National Geographic il y a quelques mois, l'ingénieur en mécanique faisant ici référence à l'importance d'établir une source d'énergie pour l'économie lunaire. En soumettant la molécule d'eau à un courant électrique, il est possible d'en scinder les atomes pour générer de l'oxygène et de l'hydrogène, le premier pouvant être utilisé pour créer de l'air respirable et les deux pouvant être combinés pour propulser des fusées. Cette eau peut également être utilisée pour l'hydratation des astronautes et l'irrigation des cultures. L'un dans l'autre, cela permettrait de garantir l'autonomie de la base lunaire et de toute autre région habitée de la Lune, sans avoir à dépendre d'importations onéreuses depuis la Terre. 

Ainsi, le destin de la Lune ne se limitera pas à la simple galerie de drapeaux poussiéreux. L'installation d'une base en fera un foyer pour les astronautes et un tremplin pour les missions habitées vers la planète rouge voisine. Grâce à l'absence d'atmosphère et à la faible gravité, le lancement de fusées depuis la Lune sera bien plus abordable. Pour reprendre les mots de Clive Neal, géologue de la Lune à l'université Notre-Dame, « il s'agit là du plan des opérations nécessaires pour faire de Mars une réalité. »

UN CHÂTEAU SUR LA LUNE

La construction du tout premier bastion lunaire comportera plusieurs étapes.

La première sera une phase d'expérimentation progressive, qui débutera avec la mission Artemis V : une série de missions majoritairement non habitées visant à tester des technologies essentielles, allant de la production d'électricité aux relais de communication, pour s'assurer que la construction de la base se déroule de manière sûre et efficace. Pendant cette phase, le nombre de lancements vers la Lune commencera à augmenter. Puis, grâce aux visites régulières de robots et d'astronautes, les fondations de la base lunaire seront posées lors de la seconde phase. À ce stade, la NASA évoque une « infrastructure semi-habitable », sans toutefois donner de définition précise. Les premières suggestions incluent des abris gonflables ou l'utilisation du régolithe lunaire pour recouvrir les habitats et ainsi protéger les astronautes des radiations.

Enfin, nous entrerons dans la troisième phase, pendant laquelle les livraisons fréquentes de matériel et les contributions des agences spatiales partenaires de la NASA transformeront une petite forteresse habitée par intermittence en une base permanente, qui accueillera une équipe tout au long de l'année, comme le fait de nos jours la Station spatiale internationale. Dans un premier temps, les astronautes y passeront « quelques jours à quelques semaines, puis leur séjour s'allongera, peut-être un ou plusieurs mois », suggère Glaze.

La base initiale servira avant tout d'avant-poste pour la recherche scientifique, avec une conception modulaire permettant de s'agrandir au fil du temps et en fonction des besoins, à la manière d'un Lego lunaire. Sur Terre, les chercheurs s'affairent déjà à perfectionner une technique visant à transformer le régolithe lunaire en un sol plus fertile, propice à la croissance de variétés spécialement conçues. S'ils y parviennent, il sera alors possible d'installer des serres sur la Lune. Autre élément clé de l'architecture lunaire « primitive » : une piste d'atterrissage, suffisamment éloignée de la base principale pour lui éviter d'être pilonnée de débris corrosifs chaque fois qu'un engin spatial se pose sur la Lune.

ROAD TRIP LUNAIRE

N'allez toutefois pas imaginer que ces aménagements lunaires suivront le modèle d'une ville, avec un centre dense qui se développe vers l'extérieur. « Les bases seront érigées à distance les unes des autres », indique Crain : de petites stations scientifiques isolées qui étudient les dépôts riches en eau au sein de lointains cratères, par exemple, ou des centrales électriques installées suffisamment loin des bases pour garantir la sécurité des équipages.

La navigation à travers cette constellation d'infrastructures sera rendue possible par l'utilisation des Lunar Terrain Vehicles, ou LTV. Ces astromobiles à l'épreuve de la Lune seront équipées de bras manipulateurs et d'instruments scientifiques, elles pourront être pilotées par les astronautes ou à distance depuis la Terre et même évoluer en totale autonomie.

Trois entreprises, parmi lesquelles Intuitive Machines, sont actuellement engagées dans l'appel d'offres visant à concevoir le LTV officiel du programme Artemis, avec un contrat de plusieurs milliards de dollars à la clé. Cependant, les trois sociétés comptent bien envoyer leur LTV sur la Lune, quelle que soit l'issue du concours, que ce soit pour la NASA ou d'autres initiatives privées. « Nous aurons besoin d'un grand nombre de rovers pour assurer la logistique », assure Glaze de la NASA.

Souvent, ces véhicules ne seront même pas conduits directement par les astronautes. Pendant que ces derniers accomplissent leur mission, les LTV se déplaceront seuls pour effectuer leurs propres tâches. « Plus leur autonomie est grande, au mieux nous pourrons utiliser le temps limité dont disposent les astronautes à la surface de la Lune », poursuit Glaze. S'ils ne sont pas occupés à construire des avant-postes, ces véhicules partiront en expédition et mettront à profit leur équipement de détection d'eau pour repérer d'autres oasis lunaires.

Cette Lune d'un futur pas si lointain sera également surveillée par un réseau de satellites en devenir. La compagne de la Terre aura à son tour besoin de ses propres réseaux de géopositionnement (GPS) et de télécommunications. Une première version devrait être lancée soit par une entreprise privée, soit par une agence spatiale. Par exemple, le programme Moonlight de l'Agence spatiale européenne espère déployer une petite constellation de satellites lunaires dans les années à venir. Ce type de technologie sera essentiel pour le long processus de construction de base et pour l'utilisation des LTV.

Par ailleurs, on ne devrait pas attendre bien longtemps avant de voir apparaître la première usine lunaire, affirme Crain. À l'aide d'un mélange de ressources envoyées depuis la Terre et extraites de l'environnement local, le scientifique entrevoit déjà la fabrication du plus rudimentaire des matériaux nécessaires à la construction d'une base extraterrestre : des panneaux, des pièces planes pouvant être assemblées pour former des murs, des panneaux radiateurs, des panneaux solaires ou encore des pistes d'atterrissage. Il n'est pas difficile de visualiser des robots travaillant seuls sur la Lune à la fabrication de briques de régolithe que les LTV récupéreraient pour les empiler ensuite.

PROSPECTEURS DE L'ESPACE 

Sur la face visible de la Lune, l'énergie solaire peut suffire à alimenter diverses expériences scientifiques modestes. En revanche, pour alimenter une base lunaire et son éventail d'avant-postes isolés, sans oublier leur flotte de LTV, l'énergie solaire ne suffira pas. Cela se vérifie d'autant plus au pôle Sud lunaire, où les nuits peuvent s'éterniser durant 14 jours terrestres.

Selon le consensus des experts, la solution pour combler ces besoins réside dans la fission nucléaire. « Le nucléaire résout clairement le problème des longues nuits lunaires, c'est donc un atout majeur », indique Metzger. Une minuscule masse de combustible nucléaire suffirait à alimenter une petite base lunaire pendant quelques dizaines d'années.

Pour commencer, la NASA a annoncé l'année dernière son intention de déployer à la surface de la Lune un réacteur nucléaire de 100 kilowatts, soit un système 10 000 fois moins puissant que les réacteurs traditionnels, mais pouvant être rangé dans une petite voiture.

Concevoir un réacteur nucléaire pouvant fonctionner sur la Lune est un nouveau défi d'ingénierie. Les États-Unis ont déployé un seul réacteur nucléaire dans l'espace auparavant, un satellite terrestre baptisé SNAP-10A en 1965, qui a fonctionné pendant 43 jours avant de tomber en panne. Peu de temps avant le lancement d'Artemis II, Isaacman a également annoncé que l'agence spatiale américaine construisait un engin spatial expérimental à réacteur nucléaire, qui devrait quitter la Terre en direction de Mars à la fin de l'année 2028. Qu'il fonctionne ou non, cet engin fournira de précieuses informations pour guider le développement d'une centrale électrique lunaire. Bien que le lancement d'un réacteur nucléaire dans l'espace ne soit pas dénué de risque, la manœuvre n'est pas aussi hasardeuse qu'il n'y paraît : le combustible nucléaire n'est pas dangereusement radioactif en lui-même, ce sont plutôt les déchets produits lors de la fission nucléaire qui le sont, c'est pourquoi le réacteur n'entrera en service qu'après avoir quitté la Terre.

Dans un futur proche, « il n'est pas déraisonnable d'imaginer des microréacteurs pouvant être utilisés à petite échelle », déclare Katy Huff, professeure adjointe au sein du Department of Nuclear, Plasma, and Radiological Engineering de l'université de l'Illinois à Urbana-Champaign. À terme, il y aura toutefois un besoin de centrales nucléaires de plus grande capacité, et pas uniquement pour alimenter un habitat confortable pour les astronautes et une série d'expériences scientifiques en constante évolution. « Le but étant d'arriver à une puissance de l'ordre des centaines de kilowatts qui permettrait de subvenir aux besoins d'activités industrielles », indique Rian Bahran, secrétaire adjoint délégué aux réacteurs nucléaires du département de l'Énergie des États-Unis.

L'AVÈNEMENT D'UNE ÉCONOMIE LUNAIRE

Une fois cette énergie à disposition sur la Lune, la surface de notre satellite s'ouvrira à l'exploitation. Glaze parle de construire un « écosystème commercial lunaire ». Bien que la forme exacte que pourrait prendre une telle économie reste encore à déterminer, l'extraction commerciale de deux ressources lunaires semble être un thème récurrent parmi les experts.

La première et la plus importante est bien entendu l'eau qui, comme nous le savons, permettrait de mener les opérations lunaires sans dépendre des provisions envoyées depuis la Terre. La seconde est l'hélium-3 : véritable rareté sur Terre, la Lune en possède de vastes quantités. Dépourvue de champ magnétique, notre voisine est bombardée de rayonnement solaire depuis la nuit des temps. Si cette particularité implique que les astronautes devront vivre dans des abris à l'épreuve de ces précipitations cosmiques, elle signifie également que la surface de la Lune est généreusement saupoudrée de cette étrange forme de l'hélium déposée par le vent solaire, le nom donné au flux de particules chargées qui jaillit de l'atmosphère du Soleil.

D'après les données actuelles et contrairement à la glace d'eau, les réserves lunaires d'hélium-3 se concentreraient dans les zones qui ont bénéficié d'une exposition prolongée au Soleil, notamment à proximité de l'équateur, y compris sur la face visible de la Lune.

Pour le moment, l'humanité ne fait pas grand usage de la substance, mais l'hélium-3 présente d'excellentes propriétés de refroidissement, ce qui en ferait un candidat idéal pour refroidir les infrastructures énergivores comme les centres de données ou les superordinateurs quantiques du futur. L'hélium-3 serait également un combustible efficace pour la fusion nucléaire. Par rapport à la fission qui alimente la totalité des centrales nucléaires actuellement en service, la fusion fournit une quantité d'énergie bien plus grande tout en étant plus propre. Le procédé se heurte encore à quelques défis d'ingénierie non négligeables, mais si les scientifiques parviennent un jour à exploiter l'énergie des étoiles pour électrifier le monde, l'hélium-3 deviendra une ressource des plus prisées.

L'hélium-3 pourrait être incroyablement difficile à extraire du régolithe lunaire, mais les investisseurs ne tarissent pas d'optimisme quant à sa valeur : une simple poignée du précieux isotope se négocierait autour des 20 millions de dollars. Dans quelques décennies, par une nuit dégagée, les habitants de la Terre apercevront peut-être les lueurs évanescentes des mines d'hélium-3 qui constelleront la face visible de la Lune.

NOUVELLE RUÉE VERS L'ESPACE 

Si les astronautes s'aperçoivent qu'il n'y a finalement pas tant d'eau accessible sur la Lune, l'économie lunaire ne survivrait probablement pas. Même dans l'éventualité où elle se révèle être une corne d'abondance, certains défis se poseront tout de même, comme protéger la base lunaire des météores. L'atmosphère de notre planète filtre les petits astéroïdes, mais la Lune ne dispose d'aucun bouclier naturel. Cela signifie que des impacteurs de la taille d'une maison, relativement communs, peuvent creuser des cratères suffisamment grands pour désintégrer une éventuelle base lunaire. Des technologies de défense planétaire devront donc être déployées sur la Lune, mais elles n'existent que pour la Terre à l'heure actuelle.

Si cette base lunaire survit et s'épanouit, « l'économie spatiale pourrait rivaliser avec celle de la Terre en à peine cinquante ans », estime Metzger.

Par conséquent, si les plans de la NASA se réalisent, la Lune pourrait radicalement changer. De plus, les États-Unis ne sont pas les seuls à afficher ces ambitions. La Chine envisage un premier atterrissage habité sur la face visible de la Lune, mais elle prévoit également d'installer boutique au pôle Sud pour profiter de son sol riche en eau, et ces deux objectifs pourraient bien se concrétiser avant la fin de la décennie. Le pays a également conclu un accord avec la Russie pour installer son propre réacteur nucléaire sur la Lune, un réacteur qui alimentera une base lunaire sino-russe opérée conjointement. Cela fait maintenant quelques années que la Chine envoie régulièrement ses engins robotisés faire des allers-retours sur la Lune, en partie pour récupérer des échantillons frais de roche lunaire à étudier, mais chaque mission est également l'occasion de répéter les manœuvres de vol et de tester des technologies qui pourraient être déployées dans une mission habitée.

Le programme Artemis emmené par les États-Unis a donc trouvé son rival, et celui-ci prend rapidement de la vitesse. Le vainqueur de cette nouvelle course à l'espace jouira d'une récompense à long terme. 

Tout dépend donc de ces réserves d'eau lunaire, dont les quantités exactes sont toujours inconnues. « Si les réserves sont abondantes, les tensions géopolitiques pourraient s'apaiser », indique Metzger. « En revanche, si ces ressources sont limitées, on pourrait voir naître une certaine urgence à sécuriser les meilleurs emplacements avant des pays adverses. »

En d'autres termes : quelle que soit la tâche, il faut être le premier sur la Lune, afin de poser les règles pour la suite. Ce principe vaut pour tout, de l'utilisation de l'énergie nucléaire à l'exploitation minière. « Les politiques du siècle à venir vont être décidées dans les 10 à 20 prochaines années, il faut donc être installé et opérationnel sur la Lune pour avoir son mot à dire », souligne Metzger. 

Face à cette ruée pour s'approprier un morceau du pôle Sud lunaire, certains experts craignent que les États-Unis n'oublient leurs partenaires internationaux, notamment l'Europe. Dans le scénario le plus optimiste, « mon rêve serait que la Lune serve de base scientifique, comme l'Antarctique », témoigne Patrick Michel, planétologue à l'université Côte-d'Azur en France. La Lune pourrait être un lieu où plusieurs nations décident pacifiquement de partager leurs ressources, « au service de l'exploration et de la science. »

Si Artemis représente un petit pas vers cet objectif, le prochain pas de géant pourrait bien être Mars. L'humanité pourrait-elle un jour devenir interplanétaire ? « La Lune en est le meilleur terrain d'essai », répond Glaze.

Le 6 avril, l'équipage de la mission Artemis II a plongé derrière la Lune pour réapparaître de l'autre côté après 40 minutes de silence radio. Devant eux, la Terre et son satellite naturel flottaient, ensemble, dans le vide. Alors qu'elle observait la scène depuis la capsule du véhicule Orion, une vague d'espoir a submergé l'astronaute et spécialiste de mission Christina Koch.

« Nous allons explorer ; nous allons bâtir. Nous allons construire des vaisseaux. Nous allons revenir. Nous allons établir des bases scientifiques, conduire des rovers, utiliser la radioastronomie, fonder des compagnies et stimuler l'industrie. Nous allons impulser un élan mais au bout du compte, nous choisirons toujours la Terre », déclarait-elle après avoir survolé la face cachée de la Lune. « Nous choisirons toujours l’humanité. »