Eau sur la Lune : la Nasa pense avoir résolu une énigme

L'année dernière, la Nasa annonçait la détection d'eau presque partout sur la Lune via le télescope à infrarouge aéroporté Sofia. On pensait que la présence d'eau était nécessairement limitée au fond de certains cratères lunaires, dans l'ombre, sous forme de glace. On pense comprendre maintenant pourquoi il n'en serait rien.

Comme Futura l'expliquait dans un article à ce sujet, Bezos entend relancer l’intérêt pour les colonies spatiales de Gerald O’Neill et faire avancer les recherches à leur sujet. Rappelons que pour faire ces colonies il n'est évidemment pas question de les fabriquer à partir de matériaux arrachés à la surface de la Terre et encore moins de mettre en orbite à partir de notre Planète bleue des usines déjà existantes.

Le puits de gravité de la Terre étant bien trop coûteux en carburant pour ceux qui veulent s'en évader (ce serait bien pire sur une superterre), les matériaux doivent être extraits de la Lune et des astéroïdes par des pionniers et très certainement des robots doués d’IA qu'ils fabriqueront massivement par une sorte de processus autocatalytique (les robots servant à fabriquer des robots en suivant une logique proche de celle des machines auto-reproductices de von Neumann).

Que ce soit pour la fabrication des colonies ou pour la production industrielle qu'elles permettraient, tout serait largement décarboné car basé sur l'énergie solaire disponible en abondance dans l'espace. Une fois le processus amorcé, il serait donc largement indépendant de la Terre et de son économie et une fois son but atteint, il pourrait à l'inverse contribuer à changer bien des choses sur Terre.

Mais ça c'est la théorie, et de plus une théorie basée sur des estimations à la Fermi. En pratique, d'ici quelques décennies on pourrait fort bien découvrir qu'il y a en réalité des verrous technologiques et physiques absolument insurmontables.

Comme le montre cette courte vidéo, les matériaux permettant la construction de colonies spatiales sont tirés d'une colonie lunaire, là où la gravité est faible en comparaison de la Terre. © Erik Wernquist

De l'eau dans le régolite lunaire d'un pôle à l'autre

Bien évidemment aussi, ces colonies ne nous concernent en rien pour résoudre les graves problèmes environnementaux et énergétiques auxquels nous sommes confrontés aujourd'hui à l'horizon des scénarios du Club de Rome. Il faudra les résoudre avant, comme Bezos l'a expliqué, car même en supposant que ces colonies soient vraiment réalisables et importantes pour relever les défis de l'Humanité, leur construction ne pourrait commencer que lors de la seconde moitié du XXIe siècle et même plutôt vers sa fin.

Reste que déjà pour des petites colonies lunaires avant, débroussaillant le chemin menant à ces colonies, il faudrait pouvoir disposer d'oxygène, d'hydrogène et d'eau ne venant pas de la Terre car le prix et la quantité d'énergie nécessaire dans le cas contraire sont clairement exorbitants pour le moment. Heureusement, on a de bonnes raisons de penser qu'il existe de la glace d'eau dans certains cratères, partiellement éternellement dans l'ombre, au niveau des pôles lunaires. Les raisons sont d'abord théoriques et soutenues par des simulations sur ordinateur.

En effet, des petites comètes tombant depuis des milliards d'années sur la surface de la Lune vont libérer de la vapeur d'eau en raison de la chaleur dégagée par un impact sur le sol lunaire, l'injectant dans l'atmosphère de la Lune. Celle-ci est bien réelle bien que quasiment inexistante, sa densité n'excédant pas le cent-millionième de celle de la Terre.

Une large partie va rapidement échapper à la faible attraction lunaire mais les molécules se trouvant dans l'ombre des cratères polaires vont s'y déposer sous forme de glace au cours des milliards d'années, couche après couche. De fait, des missions comme celle de la sonde LCROSS (Lunar Crater Remote Observation and Sensing Satellite) et LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) ont bien livré des observations suggérant la présence de glace aux pôles lunaires.

Toutefois, les simulations excluaient la présence d'eau et bien sûr de glace sur le reste de la surface lunaire, périodiquement ensoleillée. Ce fut donc une surprise lorsque d'autres observations et notamment celles fournies par le Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (Sofia) montraient, elles, une quasi-omniprésence de l'eau sur la surface de la Lune comme l'expliquait Futura dans le précédent article ci-dessous.

La Lune est recouverte de cratères et de roches, créant une « rugosité » de surface qui projette des ombres, comme le montre cette photographie de la mission Apollo 17 de 1972. Ces ombres froides peuvent permettre à la glace d'eau de s'accumuler sous forme de givre même pendant la journée lunaire. © Nasa

Des ombres froides à -210 °C

Pour résoudre cette énigme, les planétologues ont d'abord avancé comme hypothèse que de l'eau se retrouvait piégée dans des gouttelettes de roches fondues à l'occasion de l'impact de corps célestes en contenant, notamment des comètes. Sans cette protection, les simulations de l'évolution de la température à la surface de la Lune sous l'effet du rayonnement du Soleil montraient que le givre pouvant s'être formé durant la nuit lunaire allait se sublimer très rapidement en début de journée (pour mémoire, un jour lunaire vaut 14 jours terrestres).

Sauf que dans un tel scénario, on ne peut pas comprendre pourquoi les observations montrent tout de même une certaine décroissance de la présence d'eau au fur et à mesure que l'on se rapproche du midi lunaire et une croissance dans l'après-midi, ce qui suggère une circulation des molécules d'eau du régolite lunaire vers son atmosphère (qui ressemble physiquement à ce que l'on appelle l'exosphère dans le cas de la Terre) et ensuite en sens inverse.

Une autre explication a donc été avancée par Björn Davidsson et Sona Hosseini, tous deux membres du mythique Jet Propulsion Laboratory de la Nasa en Californie du Sud, comme ils l'expliquent dans un article publié dans la célèbre revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Cette illustration fait un zoom sur la zone encadrée indiquée sur la photo précédente, montrant comment les ombres permettent à la glace d'eau de survivre sur la surface lunaire éclairée par le Soleil. Lorsque les ombres se déplacent alors que le Soleil passe au-dessus du zénith, le givre exposé persiste suffisamment longtemps pour être détecté par les engins spatiaux. © Nasa, JPL-Caltech

Elle fait intervenir une modélisation nettement plus fine de la surface lunaire au point de prendre en compte les ombres projetées par tout le relief, jusqu'à descendre à l'échelle de simple caillou et bloc rocheux comme ceux que l'on peut voir sur l'image d'Apollo 17 ci-dessus. Comme la surface lunaire est plongée dans une exosphère, il n'existe pas de mécanisme vraiment efficace de redistribution de la chaleur tendant vers l'équilibre thermique assuré par une atmosphère dense et ses courants. Il existe donc des contrastes de température saisissants en plein jour lunaire.

Dans une région à l'ombre, la température peut tomber à -210 °C alors qu'elle se maintient à 120 °C juste à côté en pleine lumière. Voilà de quoi stocker temporairement de l'eau sous forme de givre.

Au fur et à mesure que le Soleil parcourt le jour lunaire, ce givre de surface qui peut s'accumuler dans ces zones froides et ombragées serait donc lentement exposé à la lumière du Soleil. Il se mettrait donc bien ensuite en place un cycle avec l'exosphère de la Lune. « Le givre est beaucoup plus mobile que l'eau emprisonnée », a déclaré Bjorn Davidsson dans un communiqué de la Nasa où Sona Hosseini explique que « si l'eau est disponible sous forme de givre dans les régions ensoleillées de la Lune, les futurs explorateurs pourraient l'utiliser comme source de carburant et d'eau potable. Mais d'abord, nous devons comprendre comment l'exosphère et la surface interagissent et quel rôle cela joue dans le cycle ».

Les deux chercheurs soulignent également que leur nouvelle étude pourrait nous aider à mieux comprendre le rôle que jouent les ombres dans l'accumulation de glace d'eau et de molécules de gaz au-delà de la Lune, comme sur Mars ou même sur les particules des anneaux de Saturne.

Une hypothèse pour expliquer la présence d'eau sur la surface de la Lune est que les molécules sont piégées dans la matière lunaire (à gauche). Mais une nouvelle étude postule que les molécules d'eau (à droite) restent sous forme de givre à la surface dans les ombres froides et se déplacent vers d'autres endroits froids via la fine exosphère lunaire comme l'illustre ce schéma. © Nasa, JPL-Caltech

Le 07/08/2021

SOURCE WEB PAR FUTURA-SCIENCES