Guinguette Marais Poitevin

Les amateurs d’exploitation minière de la Lune étaient particulièrement joyeux cette semaine lorsque des chercheurs ont affirmé avoir trouvé des preuves définitives de l’existence de glace d’eau à la surface de la Lune. Il y a encore plus de glace d’eau que nous le pensions là-haut aussi, et nous savons exactement où se trouve une grande partie de cette glace. Cela pourrait rendre encore plus facile l’exploitation de cette eau à l’avenir.

Bien avant cette découverte, les chercheurs étaient impatients de ramasser toute l’eau qui pourrait se cacher sur la surface lunaire. C’est une ressource qui pourrait être extrêmement précieuse pour les futures missions à long terme sur la Lune, car l’eau est essentielle au fonctionnement de la vie sur Terre. Elle pourrait être recyclée à l’intérieur d’un habitat lunaire ou utilisée comme eau potable ou pour se baigner. Elle pourrait également être utilisée pour aider les plantes à pousser sur la Lune, qui sont nécessaires pour nourrir les futurs habitants lunaires.

Mais peut-être que l’application la plus importante et la plus immédiate pour l’eau lunaire est la fabrication de propergol pour les fusées. Les principaux composants de l’eau – l’hydrogène et l’oxygène – sont deux des plus grands matériaux qui sont utilisés pour alimenter les fusées à l’heure actuelle. La fabrication de propergol à partir de l’eau lunaire pourrait réduire considérablement le coût des missions ambitieuses dans l’espace. Actuellement, les fusées qui quittent la Terre doivent emporter avec elles tout le propergol dont elles ont besoin. Mais en exploitant la glace lunaire, les fusées pourraient potentiellement se ravitailler une fois dans l’espace, ce qui leur permettrait d’atteindre des endroits éloignés à moindre coût.

« L’idée serait de faire démarrer une sorte de chaîne d’approvisionnement en dehors de la Terre pour certains produits – en particulier pour l’eau en tant que propergol – afin qu’il soit beaucoup plus facile de naviguer dans l’espace d’un corps à l’autre », explique à The Verge Julie Brisset, associée de recherche à l’Institut spatial de Floride.

Envoyer quoi que ce soit dans l’espace coûte cher. Si vous voulez que votre satellite s’affranchisse de la gravité terrestre, vous avez besoin de beaucoup de propergol pour alimenter le trajet vers l’orbite. En fait, la majeure partie du poids d’une fusée au lancement est juste le propergol nécessaire pour amener l’engin dans l’espace. Et plus vous voulez aller loin dans l’espace, plus vous avez besoin de propergol. Une plus grande énergie est nécessaire pour s’éloigner de plus en plus de l’attraction de la planète. Donc, les missions dans l’espace profond deviennent encore plus coûteuses pour payer tout le propergol supplémentaire nécessaire pour y aller et la plus grosse fusée pour loger ce propergol.

Mais que se passe-t-il si, au lieu d’emporter tout le propergol dont vous avez besoin depuis la Terre, vous remplissez votre réservoir d’essence avec du propergol qui se trouve déjà dans l’espace ? Alors, les missions dans l’espace lointain ressemblent davantage à des voyages en voiture à travers le pays. « Imaginez que vous deviez vous rendre à Denver en voiture, qu’il n’y ait pas de stations-service le long de la route et que vous deviez apporter toute votre essence avec vous depuis New York », explique à The Verge George Sowers, professeur à l’école des mines du Colorado et ancien vice-président de United Launch Alliance. « Vous ne pourriez probablement pas le faire avec votre voiture. Vous devriez remorquer tout le carburant dont vous avez besoin ». C’est pourquoi l’idée de l’exploitation minière lunaire est si séduisante. L’eau de la Lune pourrait être extraite, décomposée en carburant pour fusée et transportée vers un dépôt de propergol soit près de la Lune, soit en orbite terrestre basse. Les fusées n’auraient alors plus besoin d’être aussi grosses pour contenir tout leur propergol. Elles pourraient simplement s’amarrer à un dépôt et se ravitailler en carburant pour des voyages plus longs dans l’espace.

Transporter du propergol de la Lune à d’autres endroits dans l’espace est loin d’être aussi coûteux que de le transporter depuis la Terre. La Lune a un sixième de la gravité de la Terre, ce qui signifie qu’il faut moins d’énergie pour se détacher de la surface. Sowers a récemment analysé le coût du transport de propergol lunaire vers différents endroits de l’espace. Et le transport de l’eau lunaire vers l’orbite terrestre basse, par exemple, reste moins cher que son envoi depuis la Terre, même si notre planète est plus proche. « Si vous allez utiliser ce propergol en orbite basse, c’est encore peut-être une économie de 20 ou 30 pour cent, en utilisant le propergol lunaire par rapport au propergol terrestre », dit Sowers.

Les scientifiques fantasment sur la transformation de l’eau lunaire en carburant pour fusée depuis des décennies maintenant, alors que les preuves s’accumulent que les pôles lunaires pourraient être de premier choix pour l’exploitation minière. En 1994, une sonde conjointe de la NASA et de l’armée américaine appelée Clementine a trouvé des preuves de l’existence d’eau dans les cratères des pôles de la Lune. Ces endroits ne voient jamais la lumière du Soleil et n’atteignent jamais des températures supérieures à -250 degrés Fahrenheit. Depuis, de multiples missions vers la Lune ont indiqué que de l’eau pourrait également être présente à ces endroits. En 2009, la NASA a lancé un engin spatial appelé LCROSS dans un cratère au pôle sud de la Lune, afin de voir quel type de matériaux l’impact a soulevé. La NASA a constaté qu’il y avait environ 5 % d’eau dans ce qui a été éjecté.

Cependant, une recherche publiée cette semaine dans les Proceedings of the National Academy of Sciences indique que certaines zones de la Lune pourraient déborder d’eau. Des chercheurs de l’université d’Hawaï et de l’université Brown ont analysé les données recueillies par le vaisseau spatial indien Chandrayaan-1, qui a été lancé vers la Lune en 2008. Grâce à l’un des instruments du véhicule, ils ont pu localiser les zones de glace sur la Lune en mesurant la réflectivité de l’eau. Ils ont également observé ces endroits en lumière infrarouge, ce qui leur a permis de déterminer si l’eau était sous forme de glace et non de vapeur ou de liquide. Non seulement ils ont confirmé que de la glace d’eau est exposée sur la surface lunaire, mais certaines zones du sol sont constituées de 20 à 30 % de glace. Selon la profondeur à laquelle la glace s’enfonce dans la surface, cela pourrait constituer un fourrage amplement suffisant pour la propulsion des fusées.

« Nous n’avons vraiment pas besoin d’être aussi concentrés partout », déclare Phil Metzger, physicien planétaire à l’Université de Floride centrale et cofondateur du Swamp Works de la NASA au Centre spatial Kennedy. « Nous avons seulement besoin que certains endroits soient plus concentrés afin d’avoir suffisamment d’eau pour répondre à tous les besoins en matière de transport spatial pour les 30 prochaines années. »

Un dépôt de propergol en orbite terrestre basse ouvre de nombreuses possibilités pour de nouveaux types de missions dans l’espace. L’une des idées est ce que l’on appelle un remorqueur spatial – une fusée qui reste dans l’espace, se ravitaillant sans cesse, afin de transporter des satellites vers leur destination finale. Actuellement, les satellites qui se dirigent vers des orbites élevées au-dessus de la Terre sont déployés sur une orbite de transfert initiale, puis passent six mois à un an à s’élever lentement grâce à des propulseurs embarqués. Pendant ce temps, le satellite ne peut pas faire son travail et ne gagne donc pas d’argent. Mais avec un remorqueur spatial, les satellites pourraient être déployés sur des orbites beaucoup plus basses avec des fusées plus petites, puis une fusée réutilisable déjà dans l’espace pourrait « remorquer » la sonde vers son orbite finale en quelques jours seulement. Cela permet aux opérateurs de satellites d’économiser de l’argent : ils n’ont pas besoin d’une aussi grosse fusée pour envoyer leur charge utile dans l’espace, et ils ont plus de temps pour gagner de l’argent avec leurs sondes.

Alors oui, l’eau de la Lune comme carburant est attrayante, mais il ne sera pas facile de commencer à exploiter l’eau dans l’espace. D’abord, il faut une vaste campagne de prospection. Grâce à l’étude du PNAS, les chercheurs ont créé une carte indiquant où trouver les morceaux de glace d’eau les plus juteux aux pôles lunaires. La prochaine étape consiste à envoyer des atterrisseurs et des rovers dans ces zones pour déterminer le meilleur endroit à cibler et la consistance de la glace. Les scientifiques ne savent toujours pas si la glace se présente sous la forme d’une boue mélangée à la terre ou si elle ressemble à des briques solides fusionnées à d’autres matériaux de surface. « Nous savons comment concevoir l’équipement pour l’extraire. Nous ne savons simplement pas quel ensemble d’équipements utiliser « , déclare Metzger.

Une idée consiste à écoper le sol lunaire avec un robot d’excavation qui transporte les matériaux vers un processeur. Ce processeur sépare ensuite la glace du sol par chauffage et décompose l’eau en ses éléments de base grâce à l’électricité. Une partie du carburant résultant est ensuite utilisée pour lancer le reste de l’eau hors de la Lune sur un véhicule de transport, l’envoyant vers n’importe quel dépôt de propergol qui en a besoin dans l’espace.

Bien sûr, tout cela sera coûteux. « Cela se résume à une analyse des coûts », dit Metzger. « Est-il moins coûteux de lancer du carburant pour fusée depuis la Terre, ou est-il moins coûteux de lancer l’équipement dans l’espace une fois, puis de maintenir cet équipement et de l’utiliser pour créer continuellement du carburant pour fusée dans l’espace ? » Sur la base de l’analyse effectuée par Metzger, Brisset et Sowers, ils estiment qu’il faudra une décennie pour que l’investissement dans l’exploitation minière de la Lune soit rentable. Mais comme l’exploitation minière lunaire est si risquée, il est possible que peu de capital-risqueurs veuillent se lancer tout de suite.

C’est pourquoi l’équipe suggère que la NASA s’implique en finançant partiellement les premiers efforts de développement minier. De cette façon, les investisseurs commerciaux seront plus enclins à se lancer si une agence gouvernementale crédible est impliquée et supporte une partie des coûts.

La NASA ne ferait pas que rendre service aux investisseurs, non plus : l’agence spatiale a suggéré qu’elle pourrait avoir besoin de jusqu’à 100 tonnes métriques de propergol chaque année pour alimenter les véhicules quittant la surface lunaire depuis une base, selon l’analyse de Sowers. S’il fallait transporter tout cela depuis la Terre, cela coûterait environ 3,5 milliards de dollars par an. Les économies réalisées grâce à la fabrication de carburant lunaire pourraient rendre les missions vers la Lune et vers Mars moins coûteuses. « Cela rendrait les missions vers Mars moins coûteuses et rendrait abordable à peu près tout ce que nous faisons au-delà de la Terre », explique M. Sowers. Par exemple, l’utilisation de propergol lunaire pour ravitailler les fusées réduirait d’un facteur trois le coût d’un voyage vers la Lune depuis la Terre, selon M. Sowers. C’est un détail important, étant donné que la NASA cherche à effectuer à nouveau des missions humaines sur la Lune.

« Cela fait des années que je dis que l’eau est le pétrole de l’espace », déclare Sowers, ajoutant : « Si les plans de la NASA sont de créer une présence humaine permanente sur la Lune, la première chose qu’elle doit faire est de construire une installation de production de propergol. »