La poussière lunaire, l’obstacle invisible que la NASA tente de neutraliser

Les « dirty labs », c'est le surnom affectueux donné à une série d'ateliers du Lyndon B. Johnson Space Center (JSC) de la NASA, installé à Houston, au Texas. À l'intérieur de ces « vilains » laboratoires, dans un dédale de couloirs, d'obscurs hangars et d’espaces confinés, chaque recoin est couvert de poussière : boîtes de pétri, tuyaux, bacs, halls et autres caisses. Dans une salle dépourvue de fenêtres et truffée de boîtes de rangement, l'une d'entre elles est ouverte, elle révèle un désert miniature de poussière grisâtre extrêmement fine, et je suis invité à y plonger une main non gantée.

J'ai l'impression de toucher du talc, mais nettement plus collant et curieusement dense. Après avoir promené ma main quelques secondes dans le bac, je la retire et la découvre complètement recouverte de poussière. J'ai beau la secouer et la frotter, rien ne semble venir à bout de l'étrange substance qui me paraît venir d'un autre monde. Et c'est bien là le but : il s'agit d'un simulant presque parfait de poussière lunaire, obtenu par pulvérisation du basalte, une roche volcanique.

La surface lunaire est un désert forgé il y a plusieurs milliards d'années par d'interminables éruptions de lave. Depuis que la Lune a refroidi, ses roches et son verre volcaniques ont été quasi perpétuellement bombardés d'impacts de micrométéorite, ce qui a formé une nuée flottante de poussière ultrafine.

« La poussière lunaire est vraiment très tranchante. Elle est irritante et hautement volatile. Elle s'introduit partout », résume Amy Fritz, spécialiste des risques associés au régolithe lunaire au sein du JSC de la NASA. Le simple fait de la remuer légèrement ou de l'exposer à des rayonnements suffit à lui appliquer une charge électrostatique ; elle peut alors léviter au-dessus du sol lunaire et adore se coller aux astronautes. « C'est un inconvénient majeur. »

Inconvénient, le mot est faible. À l'époque des missions Apollo, la poussière lunaire s'immisçait dans les poumons des astronautes et provoquait une maladie respiratoire appelée « rhume des foins lunaire ». Tout prenait alors une odeur de poudre à canon, les astronautes avaient des crises d'éternuement et une congestion nasale permanente. Le commandant de la mission Apollo 17, Gene Cernan, détestait tout particulièrement ces débris lunaires. « Chaque recoin du véhicule spatial en était couvert, chaque pore de notre peau », a-t-il un jour déclaré.

Des joints d'étanchéité aux bottes de leur combinaison, la poussière attaquait l'équipement responsable de la survie des astronautes. « Les combinaisons spatiales se désagrégeaient en à peine trois jours », raconte Anastasia Ford, chercheuse en technologies de vol spatial au JSC. Les astronautes avaient une brosse pour épousseter leur combinaison, mais son utilité était limitée. Outre les brosses qui s'encrassaient, le simple fait de brosser chargeait la poussière en électricité, ce qui amplifiait son pouvoir collant. « Comment nettoyer son outil de nettoyage ? », plaisante Fritz.

Ces dernières années, les chercheurs des « dirty labs » du JSC, notamment ceux du Lunar Development and Test Facility, ont dévoilé l'inquiétante palette de dangers posée par la poussière lunaire pour les futures missions et leurs astronautes. Les scientifiques ont placé du matériel utilisé lors des vols spatiaux dans des enceintes spécialement conçues pour reproduire les conditions à la surface de la Lune, un vide extrême avec des températures allant de -195 à +120 °C. Lorsque le simulant de poussière lunaire dans lequel j'ai plongé ma main est soufflé dans cet environnement, l'équipement est peu à peu grignoté, que ce soit une caméra ou le gant d'un astronaute. On a l'impression qu'ils sont attaqués par de minuscules piranhas extraterrestres.

Vous comprendrez donc que l'élaboration de stratégies visant à défendre nos voyageurs spatiaux contre la poussière lunaire est l'une des priorités de la NASA. Avec le programme Artemis, l'agence spatiale américaine entend bien établir une présence permanente dans la région du pôle Sud lunaire. L'envoi d'explorateurs sans protection contre la poussière se révélerait rapidement être une erreur potentiellement fatale : les panneaux solaires et leurs câbles seraient dévorés sans ménagement, la dernière génération de rovers lunaires enchaînerait les pannes et les combinaisons spatiales deviendraient inutilisables. Dans le pire des cas, les astronautes pourraient mourir.

Oui, la poussière lunaire est à ce point dangereuse. « Imaginez un casier de bouteilles en verre. À l'aide d'un marteau, vous les réduisez en miettes dans un placard, puis vous passez le souffleur de feuilles », illustre Charles Buhler, directeur scientifique de l'Electrostatics and Surface Physics Laboratory de la NASA. Voilà ce qu'est la poussière lunaire. « Il faut absolument s'en protéger. » 

Par chance, la NASA a déjà longuement travaillé sur une solution digne de la science-fiction pour éjecter la poussière de presque n'importe quelle surface. 

CONTRE LA POUSSIÈRE, L'ÉLECTRICITÉ

Dans le cadre de la préparation des missions Artemis, les chercheurs de la NASA ont exploré différentes techniques pour débarrasser rapidement les astronautes et leur équipement de la poussière lunaire. Une version spatiale du célèbre rouleau anti-poils « imitant la peau d'un gecko » est actuellement mise à l'essai, indique Fritz, tout comme divers outils utilisant des jets de gaz pour dépoussiérer les surfaces.

Cependant, à ce jour, aucun de ces instruments ne se montre aussi prometteur que le prototype développé au Kennedy Space Center. Connu sous le nom d'Electrodynamic Dust Shield (bouclier antipoussière électrodynamique), ou EDS, ce dispositif peut être superposé ou cousu sur n'importe quel élément. Grâce à ses électrodes transparentes, il suffit d'un claquement de doigt (et d'interrupteur) pour éjecter la moindre particule de poussière lunaire dans l'espace.

Ce bouclier transparent à l'épreuve de la poussière « a une très longue histoire », rapporte Buhler. Dès 1967, les scientifiques développent le concept de rideau électrostatique, un voile porteur d'une charge électrique qui utilise la nature électrostatique de la poussière lunaire contre elle-même. En passant sur des particules de poussière positivement chargées, sa surface négativement chargée les attirerait, comme un aimant récolte des particules de fer. Au fil du temps, ce concept a évolué grâce à une collaboration entre les chercheurs des États-Unis et du Japon, pour finalement terminer sa course sur les étagères de l'Electrostatics and Surface Physics Laboratory du Kennedy Space Center, inauguré en mai 2000. 

Les essais consacrés à ce qui allait plus tard devenir l'EDS ont débuté en 2002. Un aimant à poussière sophistiqué était intéressant, mais les chercheurs avaient plutôt besoin d'un dispositif capable de la repousser, afin d'équiper le matériel envoyé sur la Lune d'une fonction d'autonettoyage.

À première vue, l'appareil est d'une simplicité élémentaire : un réseau bidimensionnel d'électrodes transparentes connecté à une source d'énergie très peu gourmande, comme une batterie ou un chargeur solaire. Ces électrodes peuvent ensuite être superposées ou intégrées à l'objet ou la surface que les chercheurs souhaitent garder vierges de débris lunaires. Cependant, comme nous l'explique Buhler, la science derrière cette apparente simplicité fait appel à deux forces particulières de la nature.

La première est héritée du rideau électrostatique : la force de Coulomb. Il s'agit d'une mesure de l'attraction ou de la répulsion entre deux particules porteuses d'une charge électrique. Pour que l'EDS fonctionne, les particules de poussière doivent avoir le même type de charge que les électrodes de l'EDS. En d'autres termes, une particule positivement chargée sera repoussée par une électrode positivement chargée. Si c'est le cas, la force de Coulomb résultante peut alors éjecter la poussière de l'EDS.

Bien entendu, certaines particules de poussière seront négativement chargées et une charge négative est attirée par une charge positive. Pour pallier cette difficulté, les champs électriques de l'EDS alternent rapidement entre positif et négatif afin de projeter les deux types de particules de l'EDS quasi simultanément.

Néanmoins, comme il subsistera toujours une période, aussi brève soit-elle, pendant laquelle l'EDS attirera les particules de charge opposée, les scientifiques ne peuvent pas se fier uniquement à la force de Coulomb pour éradiquer entièrement cette sournoise poussière lunaire. C'est pourquoi l'EDS repose également sur un second effet répulsif, légèrement moins connu : la force diélectrophorétique, ou DEP. 

En physique, un matériau peut être « polarisable ». En lui appliquant un champ électrique, ses propres charges positives et négatives se séparent et s'éloignent. Imaginez un globe, puis visualisez toutes les charges positives réunies au pôle Nord et les charges négatives rassemblées au pôle Sud.

Les particules de poussière lunaire sont elles aussi polarisables. Soumise à un champ électrique, chaque particule acquiert un pôle chargé positivement et un pôle chargé négativement.

Afin d'exploiter pleinement ce phénomène, le champ électrique de l'EDS change constamment de forme, pour que sa partie positive balaie le pôle positif de la particule de poussière, et vice-versa. De cette manière, chacun des pôles électriques de la particule subira l'effet répulsif nécessaire pour que ladite particule soit expulsée de l'EDS.

Si les lois de la physique vous sont étrangères, le phénomène peut vous sembler magique, l'essentiel étant de retenir le point suivant : la combinaison de ces deux forces devrait faire des merveilles pour éliminer la poussière lunaire. Les tests réalisés dans des enceintes à vide, à l'aide d'un simulant de régolithe lunaire, nous montrent que l'EDS expulse jusqu'à 99 % de la poussière déposée sur une surface.  

Quoi qu'il en soit, la véritable promesse de l'EDS réside dans son adaptabilité remarquable. Il peut agir comme un bouclier enveloppé autour d'un objet : ses électrodes transparentes permettent de protéger l'objectif des caméras, les radiateurs thermiques conçus pour réguler la température d'un engin spatial et les panneaux solaires. Il peut également être cousu dans les combinaisons spatiales. « L'EDS est intégré au matériau des vêtements, directement tissé », déclare Buhler. « C'est une technologie à la flexibilité impressionnante. Nous n'avons pas encore trouvé un matériau auquel il n'est pas possible de l'intégrer. »

L'EDS SUR LA LUNE

Les premiers astronautes du programme Apollo ont rapporté un trésor de roches lunaires et leur lot de poussière collante à des fins d'analyse. Cela dit, ces échantillons sont à la fois rares et scientifiquement inestimables, c'est pourquoi la plupart des tests de technologies comme l'EDS sont effectués avec le simulant de poussière lunaire produit par la NASA. Par chance, les roches présentant des propriétés chimiques semblables à leurs homologues lunaires ne manquent pas sur Terre : les volcans crachent en permanence de la lave qui refroidit et se solidifie pour former des roches rappelant celles de la Lune. Il suffit ensuite de les pulvériser à l'extrême pour obtenir une réplique satisfaisante de la poussière lunaire.

Malgré tout, cela n'a pas empêché Buhler et son équipe de mettre à l'épreuve l'EDS avec de l'authentique régolithe lunaire. « Les sols, les échantillons d'Apollo dont nous disposons, nous avons réussi à balayer la poussière assez facilement », témoigne-t-il.

L'EDS a également fait l'objet de divers tests dans l'espace. Le bouclier a été introduit dans la Station spatiale internationale en 2019. Là-haut, il a été intégré à différents types de verres, de plastiques et de textiles prototypes destinés aux combinaisons spatiales. Le dispositif a réussi haut la main ses examens de répulsion de la poussière.

Plus difficile, l'étape suivante sera de s'assurer que les astronautes seront et bel et bien protégés par l'EDS une fois sur le pôle Sud lunaire. Sur le plan technique, ces chambres à vide remplies de poussière sont formidables, mais elles ne permettent de recréer à l'identique l'environnement lunaire. « Nous ne pouvons pas atteindre le niveau de vide observé à la surface de la Lune », indique Ford. « Je ne peux pas simuler la gravité lunaire. »

Le régolithe pourrait se comporter différemment sur la Lune, tout comme l'EDS. Les essais de l'EDS en laboratoire nous offrent de précieuses données, mais pour Buhler « le seul test qui compte aura lieu sur la Lune ».

Et la Lune, l'EDS y est déjà allé, avec une longueur d'avance sur les astronautes de la mission Artemis. 

Ces dernières années, diverses missions privées, non habitées, se sont rendues sur la Lune, avec plus ou moins de réussite. En janvier 2025, dans le cadre du programme Commercial Lunar Payload Services (CLPS) de la NASA, qui vise à étudier le transport des équipements vers la Lune, l'entreprise Firefly Aerospace a lancé un engin spatial en direction de notre satellite naturel. Son alunisseur, Blue Ghost Mission 1, s'est posé sans problème sur la Lune au mois de mars, faisant au passage de Firefly la première entreprise commerciale à réaliser cet exploit.

Dans sa trousse d'instruments scientifiques, l'alunisseur était notamment équipé d'un certain EDS et lorsque celui-ci a finalement été activé, l'équipe dirigée par Bulher a clairement pu assister à l'éjection de la fameuse poussière lunaire d'une multitude de surfaces en verre ou de radiateurs thermiques. Aucun doute donc : l'EDS fonctionne sur la Lune. J'ai demandé à Buhler ce qu'il avait ressenti face à cette découverte. 

« Oh, vous n'imaginez pas », m'a-t-il répondu, en riant. « Travailler pendant 20 ans sur un projet et enfin le voir prendre vie… c'est fantastique. C'est avant tout un immense soulagement. »

 Bien qu'il n'existe pas encore de date définitive pour la prochaine utilisation officielle de l'EDS, par exemple à l'occasion d'une mission Artemis, plusieurs partenaires industriels de la NASA sollicitent déjà l'agence pour équiper leur technologie du bouclier antipoussière, notamment pour la nouvelle génération de rovers lunaires. « L'EDS suscite un besoin énorme dans presque toutes les missions à venir vers la Lune et Mars », indique Buhler.

Si l'EDS ne sera certainement pas l'unique outil déployé par la NASA pour protéger les astronautes du programme Artemis d'une désastreuse mésaventure impliquant la redoutable poussière lunaire, le bouclier électrodynamique constituera probablement leur première ligne de défense. « Il nous a fallu du temps pour y arriver », conclut Buhler. « Mais », ajoute-t-il le sourire aux lèvres, « l'EDS fonctionne. »