L’exploitation des ressources lunaires pour les missions spatiales

Pour atteindre la Lune puis Mars et y séjour­ner pen­dant de longues périodes, les astro­nautes dis­po­se­ront de res­sources qu’ils empor­te­ront ou qui leur seront ache­mi­nées depuis la Terre ou depuis l’or­bite lunaire. Mais ils devront éga­le­ment trans­for­mer des res­sources trou­vées sur place pour sub­ve­nir à leurs besoins. Com­ment extraire et trans­for­mer ces res­sources ? C’est l’ob­jet des pro­grammes d’u­ti­li­sa­tion des res­sources in situ, In Situ Resource Uti­li­sa­tion (ISRU).

Gerald San­ders. Pour des mis­sions d’ex­plo­ra­tion spa­tiale de longue durée sur la Lune ou sur Mars, les astro­nautes devront trou­ver ou pro­duire de quoi sub­ve­nir à leurs besoins pour res­pi­rer, s’a­bri­ter, se nour­rir, se dépla­cer et mener à bien leur mis­sion. Par ailleurs, la pos­si­bi­li­té d’utiliser des res­sources « locales » comme, par exemple, de l’eau, du car­bone ou de l’oxy­gène lors de ces mis­sions rédui­rait la masse à lan­cer depuis la Terre. Cette « charge utile » a un impact direct sur le coût d’une mis­sion. A titre d’exemple : pour chaque kilo­gramme qui atter­ri­ra sur Mars, il fau­dra lan­cer entre 7,5 et 11 kilo­grammes en orbite ter­restre. Et pour atteindre Mars, il fau­dra des mil­lions de tonnes de pro­per­gols, ou de car­bu­rant, ce qui équi­vaut à la charge utile de plu­sieurs super-lan­ceurs. Le car­bu­rant devra éga­le­ment être pro­duit sur place. Il ne s’a­git pas seule­ment d’al­ler sur Mars, mais aus­si d’y vivre et d’en revenir.

L’ob­jec­tif du pro­gramme d’u­ti­li­sa­tion des res­sources in situ (In Situ Resource Uti­li­sa­tion, ISRU) est de déve­lop­per les tech­niques qui per­met­tront de loca­li­ser, d’ex­traire, de trans­for­mer et d’ex­ploi­ter les res­sources locales, les mine­rais, les com­po­sants chi­miques néces­saires aux mis­sions d’ex­plo­ra­tion. Concrè­te­ment, il fau­dra dis­po­ser de moyens de loco­mo­tion, d’in­fra­struc­tures d’ex­trac­tion, de pro­duc­tion d’éner­gie, de trai­te­ment et de sto­ckage des pro­duits, de fabri­ca­tion d’en­gins et d’ou­tils, de com­mu­ni­ca­tion, de main­te­nance… Comme nous le fai­sons sur Terre mais dans des condi­tions extrêmes de tem­pé­ra­ture, de pous­sière et d’ab­sence d’atmosphère.

Cela dit, la ques­tion de pro­duire dans l’es­pace ne date pas d’au­jourd’­hui. J’ai lu un article tech­nique sur com­ment géné­rer de l’oxy­gène à par­tir du sol lunaire, qui avait été rédi­gé par un ingé­nieur en 1961, c’est-à-dire avant même que l’Homme soit allé sur la Lune !

Il s’a­git tout d’a­bord de res­sources natu­relles : eau, oxy­gène, hydro­gène, azote, sili­cium, car­bone ou encore roches, notam­ment le régo­lithe, sur Mars. Toutes ces res­sources ser­vi­ront à la vie des astro­nautes, à la pro­duc­tion de car­bu­rants, de cel­lules pho­to­vol­taïques ou de maté­riaux de construc­tion entre autres. Aujourd’­hui, les déve­lop­pe­ments portent sur­tout sur la pro­duc­tion de car­bu­rant, notam­ment de méthane ou d’hy­dro­gène. Mais les res­sources prennent aus­si en compte tous les déchets, qu’il faut détruire ou trans­for­mer, et les pièces de rechange. Il faut pou­voir répa­rer un sys­tème sans attendre que le pro­chain appro­vi­sion­ne­ment rap­porte la pièce man­quante. Les pro­blèmes à résoudre sont très dif­fé­rents selon que la mis­sion se déroule sur la Lune ou sur Mars. Il faut trois jours pour aller sur La Lune ou d’en reve­nir, alors que le voyage vers Mars dure entre six et huit mois. De plus, la fenêtre de lan­ce­ment opti­male depuis la Terre, lorsque les deux pla­nètes sont les plus proches, n’ar­rive que tous les 26 mois.

Il y en a quatre. Le pre­mier : com­prendre quelles sont les res­sources dis­po­nibles sur place et bien les connaître. Grâce aux mis­sions qui ont été menées jus­qu’à pré­sent, nous dis­po­sons déjà d’une bonne connais­sance des res­sources de la Lune et nous avons de plus en plus d’in­for­ma­tions sur celles de Mars. Vient ensuite le défi de l’ex­ploi­ta­tion de ces res­sources. Nous savons com­ment exploi­ter les mines sur Terre depuis des siècles, mais quels équi­pe­ments nous per­met­tront de creu­ser sur Mars et de trans­for­mer les mine­rais qui s’y trouvent, com­ment les ali­men­ter en éner­gie, com­ment assu­rer leur main­te­nance ? Autant de ques­tions aux­quelles nous devons répondre dès à pré­sent. Cela nous amène au troi­sième défi, celui de l’en­vi­ron­ne­ment. Il y a beau­coup de radia­tions sur Mars et la gra­vi­té est plus faible que sur Terre, donc nous devons repen­ser la façon de faire les choses, d’a­bra­ser un maté­riau par exemple.

Des condi­tions rela­ti­ve­ment sem­blables existent en Arc­tique, dans le désert ou au fond de l’o­céan, mais elles res­tent très dif­fé­rentes de ce que nous trou­ve­rons sur Mars. Le qua­trième défi est celui de la fia­bi­li­té, qui doit être totale pour le vol spa­tial habi­té. Lors­qu’ils reviennent sur Terre, les astro­nautes doivent être sûrs d’a­voir le bon car­bu­rant, d’at­ter­rir au bon endroit, bref, nous devons défi­nir la meilleure stra­té­gie. Il existe un cin­quième défi, qui n’est pas tech­no­lo­gique mais poli­tique : le res­pect du trai­té de l’es­pace par les par­ties prenantes.

Nous nous appuyons sur les tech­no­lo­gies que nous connais­sons déjà sur Terre et nous essayons de tour­ner à notre avan­tage les carac­té­ris­tiques de l’en­vi­ron­ne­ment spa­tial comme, par exemple, exploi­ter le vide sur la Lune pour mener des expé­riences dif­fi­ciles à réa­li­ser sur Terre. Nous ne cher­chons pas la per­fec­tion, mais l’ef­fi­ca­ci­té et un bon retour sur inves­tis­se­ment. Nous cher­chons aus­si à tirer des leçons qui pour­ront ser­vir sur Terre. Com­ment pro­duire du car­bu­rant, sup­pri­mer la main­te­nance ou conce­voir des équi­pe­ments plus légers pour­raient contri­buer à réduire notre empreinte carbone.

Notre approche ne consiste pas à oppo­ser les humains aux robots, mais les deux ensembles. Ces mis­sions d’ex­plo­ra­tion doivent rap­por­ter quelque chose sur Terre que les robots ne peuvent pas. Regar­dez, le pre­mier vol tou­ris­tique vers la Lune de Spa­ceX empor­te­ra un col­lec­tion­neur japo­nais et huit artistes qui ren­dront compte de leur expé­rience. J’ai dis­cu­té avec des astro­nautes et des géo­logues des mis­sions Apol­lo. Contrai­re­ment à un robot qui a besoin d’un long appren­tis­sage pour com­prendre, ils ont une com­pré­hen­sion immé­diate de la géo­lo­gie de ce qu’ils voient, ils com­prennent ins­tan­ta­né­ment ce qui s’est pas­sé, ils savent où pré­le­ver des échan­tillons. Sans par­ler du délai de com­mu­ni­ca­tion entre la Terre et Mars qui rend dif­fi­cile le pilo­tage à distance.