• Judith Biernaux

Les cinquante ans d'Apollo 11

Mis à jour : 30 août 2019

La NASA a annoncé ce 13 mai dernier sa décision d’avancer son prochain vol habité à destination de la Lune de 2028 à 2024. Accéléré sous l’impulsion de Donald Trump, le programme Artemis se veut la sœur jumelle du programme Apollo, et arrive à point nommé à l’approche du cinquantième anniversaire des premiers pas de l’Homme sur la Lune. Pourquoi ce soudain regain d’intérêt pour l’exploration lunaire ?



Image : NASA

Le 21 juillet 1969, la jeune NASA posait un jalon de la conquête spatiale. Durant la mission Apollo 11, après avoir aluni avec succès, Neil Armstrong foulait pour la première fois le sol lunaire. Cinquante ans plus tard, certains spectateurs se souviennent encore de cet évènement et de l’émotion que sa retransmission en direct a suscité. Aujourd’hui, après plus de quarante ans de désintérêt, la NASA remet l’exploration lunaire au goût du jour. Ce 13 mai dernier, l’agence spatial américaine annonçait la résolution de renvoyer sur la Lune des hommes, et des femmes cette fois-ci, d’ici 2024. Outre marcher à nouveau sur la Lune, la NASA dévoile des ambitions grandioses : vols réguliers, fréquents, et construction d’une base lunaire qui servirait de passerelle vers Mars, son « prochain bon de géant ». Elle évoque même l’expansion du territoire de l’humanité au-delà de notre planète bleue. Pourquoi ce soudain regain d’intérêt pour l’exploration lunaire, et pourquoi la Maison Blanche a-t-elle souhaité accélérer ce programme, avec un vol habité initialement prévu vers 2028 ?


La Lune, un enjeu politique


Le président Kennedy le jour du discours où il annonce l'ambition du programme Apollo. Image : NASA/Commons.

Les programmes d’exploration spatiale ont avant tout des enjeux politiques. Dans les années soixante, la guerre froide opposait les blocs soviétiques et américains sur de multiples fronts, y compris spatial. Chaque cap franchi dans la course à l’espace était une manière pour l’un des deux protagonistes d’affirmer la supériorité de son système politique sur l’autre. De nos jours, la décision de la Maison Blanche de demander au congrès 1.6 milliards de dollars pour booster le retour vers la Lune est toujours motivée par des ambitions surtout politiques. Le gouvernement de Trump a le projet de confirmer le leadership américain sur l’espace. Il s’agit en quelques sortes de « rouler des mécaniques… »


Cette initiative présente également une motivation économique : elle gonfle les voiles d’entreprises innovantes américaines du marché du New Space, telles que SpaceX, Northrop Grumman ou Blue Origin. Le New Space, c’est la mutation de la conquête spatiale en un business ouvert à tous, liée à une approche de production low-cost d’instruments spatiaux ou de lanceurs. A priori, rien de neuf, puisque L’ESA (Agence Spatiale Européenne) et la NASA s’appuient depuis longtemps sur des géants privés de l’industrie tels que Airbus ou Boeing. La nouveauté de ces dernières décennies est l’approche compétitive du marché de l’espace, dans le but de réduire le coût de chaque vol. La compagnie SpaceX du célèbre milliardaire Elon Musk est un exemple parmi d’autres de compagnies emblématiques du New Space, et développe des fusées réutilisables, diminuant ainsi drastiquement le coût au kilogramme de l’envoi de marchandise (satellites ou humains) dans l’espace. La Wallonie n’est d’ailleurs pas en reste en termes d’industrie spatiale, puisqu’elle abrite de véritables pôles du domaine avec Thales Alenia Space à Charleroi, le centre de logistique Galileo à Redu ou le Centre Spatial de Liège… à Liège.


Apollo, un héritage scientifique


Si les motivations du programme Apollo étaient essentiellement politiques, et peut-être technologiques, la recherche scientifique n’allait pas rater une telle occasion de mieux comprendre notre unique satellite naturel. Ce programme a stimulé de grands progrès en ingénierie et en informatique, et a permis de ramener des images alors inédites de la surface de la Lune. Apollo a aussi permis de placer sur la surface lunaire de nombreux instruments de mesure pour étudier son activité sismique, magnétique ou thermique (flux de chaleurs). Ces mesures ont permis de mettre en évidence des « tremblements de Lune » analogues aux tremblements de Terre. Plus fort encore, elles ont permis de montrer que la structure de la Lune semble similaire à celle de la Terre, soit une croûte solide avec un cœur liquide. L’état liquide du cœur de la Lune est également corroboré par l’étude de sa rotation. Tout comme un œuf cru, au cœur liquide, ne tourne pas de la même manière qu’un œuf cuit, une planète ou un corps céleste avec un cœur liquide n’affiche pas le même genre de rotation qu’avec un cœur solide. Cette étude précise de la rotation de la Lune est rendue possible grâce aux fameux réflecteurs lunaires.


Un des réflecteurs lunaires placés lors de missions Apollo. Image : NASA.

Lors de plusieurs missions Apollo, les astronautes ont placé sur la surface de lunaire, à trois endroits différents, des dispositifs réfléchissants qui ressemblent un peu à des catadioptres. Ces réflecteurs permettent de mesurer précisément la distance Terre-Lune. En effet, depuis la Terre, on peut tirer un puissant faisceau laser à travers un télescope en visant l’un de ces réflecteurs. Le rayon réfléchi revient vers son origine, le télescope, quelques instants plus tard (environ 2.5 secondes). Le temps mis par le faisceau laser pour effectuer l’aller-retour peut alors être mesuré avec une grande précision. Puisque le laser se déplace à la vitesse de la lumière, il est possible de calculer la distance parcourue par le rayon pendant le temps mesuré, et d’obtenir ainsi la distance Terre-Lune. Ce procédé, baptisé télémétrie, a permis de mesurer précisément la rotation de la Lune, confirmant ainsi l’état liquide de son cœur. Par ailleurs, la télémétrie laser a également montré que notre satellite s’éloigne progressivement de notre planète, à raison d’environ 3 cm par an, à causes d’interactions gravitationnelles avec les océans via les marées.


Souvenirs lunaires


Les astronautes Apollo ont laissé derrière eux du matériel de mesure, mais ne sont pas revenus les mains vides : au cumulé, ces missions ont permis de ramener quelques 382 kilogrammes de roche lunaire, y compris des échantillons de couches jusqu’à 2m de profondeur. Ces précieuses roches sont depuis lors analysées en détail par un grand nombre de laboratoires et d’institutions de recherche, qui se partagent parcimonieusement les récoltes. Elles ont permis de lever un coin du voile sur l’histoire géologique de notre système solaire. Par exemple, en comparant la quantité et la densité des cratères d’impacts sur des échantillons d’âges différents, il est possible de tracer l’histoire du taux de formation de ces cratères. Y avait-il plus d’impacts à certaines époques, y a-t-il eu des époques plus calmes ? Pour répondre à ces questions, il faut pouvoir mesurer l’âge d’une roche, ce qui peut se faire grâce à sa composition chimique. Par exemple, cette étude a utilisé l’un des ingrédients minéraux de la Lune, le zircon, pour en déterminer l’âge. Le zircon est un trésor pour les géologues : il est formé lors de la solidification de magma et est particulièrement résistant, ce qui en fait un excellent témoin de l’époque géologique à laquelle il se forme. Il contient de l’uranium, qui se transforme progressivement en plomb par radioactivité. Le rapport entre les quantités d’uranium et de plomb donne une estimation de l’état d’avancement de cette transformation, et donc de sa durée, qui correspond à la durée de vie de la roche analysée.


Par cette technique, l’âge de la Lune a pu être estimé à environ 4.3 milliards d’années, ce qui signifie que sa formation a eu lieu à peine quelques centaines de millions d’années après le début de la formation du système solaire. L’étude du taux de formation des cratères a permis de découvrir que la Lune subissait plus d’impacts pendant la jeunesse du système solaire, lorsque ce dernier était encore peuplé de petits corps solides. Ces petits corps auraient interagi gravitationnellement jusqu’à entrer en collision et fusionner pour former entre autres les planètes telluriques (Mercure, Vénus, la Terre et Mars). D’ailleurs, l’hypothèse la plus couramment avancée pour expliquer la formation de la Lune est basée sur une collision entre la jeune planète Terre et un corps de la taille de Mars. Cet ancien corps, baptisé Théia, aurait subi avec la Terre un choc gigantesque qui aurait formé un grand nombre de débris. Ces petits morceaux de Théia et de la Terre s’’agglomérèrent pour former notre satellite naturel. De plus, la composition chimique des roches ramenées par les missions Apollo montre des similitudes avec celle de la Terre, ce qui conforte cette hypothèse de l’impact géant.


Vue d'artiste des débris de la collision entre la jeune Terre et l'impacteur Théia. Image : Rose Center for Earth and Space

Outre estimer l’âge de la Lune, la simple mesure du taux de formation des cratères dans les roches Apollo permet d’estimer l’âge d’autres surfaces marquées par des impacts. En comparant la densité de cratères sur une surface d’âge inconnu à celle de la Lune, on peut se faire une idée de la période de formation d’un corps céleste dont nous ne disposons pas d’échantillon, comme Mercure ou certains satellites de Jupiter. À travers la compréhension de la formation du système terre lune, c’est la formation en général des petites planètes qui se dévoile.


Et après ?


Les expériences scientifiques activées par les missions Apollo ont laissé un héritage scientifique non négligeable. Cependant, les douze hommes qui ont foulé le sol lunaire jusqu’ici ne l’ont pas étudié en profondeur, ni littéralement ni métaphoriquement. Des échantillons de roches plus profondes pourraient apporter de nouvelles informations sur son histoire géologique. La question de l’origine de la Lune et son évolution, même si elle présente des éléments de réponse, est toujours ouverte. De plus, les six sites d’alunissage d’Apollo sont tous situés à des latitudes basses, près de l’équateur lunaire, de la face visible de la Lune. Le rayon d’exploration des astronautes, même embarqués sur leur rover, n’atteint qu’une dizaine de kilomètres, et ils n’ont pu explorer au cumulé que moins d’un millième de pourcent de la surface lunaire totale (38 millions de kilomètres carrés). Il reste donc une grande fraction de la surface lunaire à découvrir. À ce propos, les futures missions Artemis entrevoient un site d’alunissage au pôle Sud de la Lune : en effet, cette région est soupçonnée abriter une grande quantité de d’eau sous forme de glace, qui pourrait s’avérer utile pour un séjour lunaire durable, comme l’annonce la NASA en mai 2019. Encore une fois, la recherche scientifique sur la formation de la Lune n’est pas une priorité de son nouveau programme : en réalité, Artemis s’inscrit dans une optique à bien plus long terme. L’ambition ici est de parvenir à construire une base lunaire, une sorte de port spatial, qui permettrait de faire une coupure salutaire dans un voyage habité jusque Mars. L’exploration humaine de Mars, le voilà, le prochain bond de géant de l’humanité envisagé par la NASA.


L'annonce de la NASA de relancer un programme d'exploration lunaire. Image : NASA.

Sources

Page Web NASA Apollo legacy

The scientific legacy of Apollo


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