Comment les humains vivront-ils sur la Lune ?

16 novembre 2022. L’immense lan­ceur SLS décolle du com­plexe de lan­ce­ment 39 du Centre Spa­tial Ken­ne­dy, en Flo­ride avec comme mis­sion d’envoyer autour de la Lune le nou­veau vais­seau spa­tial Orion, déve­lop­pé par l’Agence spa­tiale amé­ri­caine (module habi­table) et l’Agence spa­tiale euro­péenne (module de service).

Cette mis­sion, nom­mée Arte­mis I, a été un franc suc­cès mais n’a consti­tué que la pre­mière étape pour pré­pa­rer le retour des humains vers la Lune en 2024 (sur­vol par le vais­seau Orion habi­té, cette fois-ci) et 2025 (où un homme et une femme devraient fou­ler à nou­veau le sol lunaire).

Mais, contrai­re­ment au pro­gramme Apol­lo des années 70, ce nou­veau pro­gramme de retour habi­té sur la Lune s’inscrit dans la durée. En effet, sont déjà pré­vues la mise en orbite pro­chaine d’une sta­tion spa­tiale lunaire simi­laire à la Sta­tion Spa­tiale Inter­na­tio­nale (plu­sieurs modules sont déjà construits) et l’installation pro­gres­sive, au sol, d’une base lunaire, d’abord visi­tée ponc­tuel­le­ment par les astro­nautes mais dont l’objectif à terme est d’être habi­tée en permanence.

Pour mettre en œuvre cet ambi­tieux pro­gramme, il est néces­saire de s’adapter au milieu hos­tile de la Lune et de déve­lop­per des ins­tal­la­tions capables de main­te­nir une zone habi­table dans ce qui est l’un des envi­ron­ne­ments les plus extrêmes que l’humains ait jamais connu. Par­lons aujourd’hui des défis tech­no­lo­giques et indus­triels qui se pro­filent sur la Lune pour ces pro­chaines décennies.

Pour main­te­nir un habi­tat stable et sûr, il faut com­men­cer par ana­ly­ser l’environnement dans lequel on veut s’installer et connaître les contraintes qu’il va faire peser sur les construc­tions et les per­sonnes. Comme la Lune est plus petite que la Terre, sa masse est plus faible. La gra­vi­té lunaire est ain­si 6 fois plus faible que la gra­vi­té ter­restre : tous les cal­culs d’architecture, de struc­tures et de résis­tance des maté­riaux sont alors à revoir en profondeur.

De plus, la Lune a une rota­tion très lente. Là-bas, une jour­née dure envi­ron 2 semaines ter­restres, tout comme la nuit. Et sans atmo­sphère pour homo­gé­néi­ser les tem­pé­ra­tures entre le côté éclai­ré et le côté sombre, les tem­pé­ra­tures varient de 120 °C le jour jusqu’à ‑250 °C la nuit ! Sans comp­ter que sur la Lune, les météo­roïdes arrivent intacts et à pleine vitesse jusqu’au sol.

Enfin, il faut prendre en compte l’irradiation per­ma­nente de la sur­face lunaire par les rayons cos­miques, ce flux de par­ti­cules dont une dose exces­sive peut pro­vo­quer brû­lures, sté­ri­li­té ou appa­ri­tion de cancers.

Plu­sieurs options ont été étu­diées pour contrer ces effets. Il a par exemple été envi­sa­gé d’utiliser d’anciens tun­nels de lave, pré­sents juste en-des­sous de la sur­face de la Lune, pour y bâtir un envi­ron­ne­ment pro­té­gé, à l’abri des condi­tions exté­rieures (voir illus­tra­tion ci-des­sous). Mais le pro­gramme Arte­mis pré­voit aujourd’hui de s’établir près du pôle Sud lunaire, où il n’y a pour l’instant pas de traces de ces vastes tun­nels souterrains.

Les pro­jets de base lunaire envi­sagent des acti­vi­tés de sur­face, néces­si­tant donc de prendre en compte ces condi­tions lunaires par­ti­cu­lières. En 2016, l’Agence spa­tiale euro­péenne pré­sen­tait notam­ment son concept de « Moon vil­lage ». L’idée était de lan­cer en sur­face des modules gon­flables que des robots vien­draient recou­vrir d’une épaisse couche de béton déve­lop­pé sur place à par­tir du régo­lithe lunaire.

Les struc­tures gon­flables ne sont pas nou­velles dans le sec­teur spa­tial. Un module gon­flable appe­lé BEAM (Bige­low Expan­dable Acti­vi­ty Module) a même été tes­té et ins­tal­lé sur la Sta­tion spa­tiale inter­na­tio­nale en 2016. La star­tup fran­çaise Spar­tan Space déve­loppe à ce titre une solu­tion d’habitat gon­flable et mobile pou­vant ser­vir de camp de base tem­po­raire lors d’expéditions loin de la base principale.

Le vil­lage lunaire euro­péen repose aus­si sur l’utilisation mas­sive de robots-impri­mantes 3D capables de récol­ter le régo­lithe lunaire, puis de le mélan­ger à diverses colles avant de pro­je­ter la pâte résul­tante sur les modules gon­flables pour construire la couche pro­tec­trice qui doit garan­tir la sécu­ri­té des astronautes.

L’in­dus­trie robo­tique aura un rôle impor­tant à jouer sur la Lune.

Car l’industrie robo­tique aura un rôle très impor­tant à jouer sur la Lune. Dans un endroit où le moindre pas repré­sente un risque mor­tel, il est pro­bable que les robots seront uti­li­sés pour quan­ti­té d’activités de sur­face. Mais il reste beau­coup de pro­blèmes à régler avant de pou­voir déployer des flot­tilles de robots lunaires agiles et efficaces.

Entre la pous­sière de Lune, élec­tro­sta­tique et très abra­sive, qui s’insère dans tous les rouages et colle à toutes les sur­faces ; et l’impossibilité d’utiliser des lubri­fiants clas­siques qui, dans le vide de l’espace, sèchent ou s’évaporent, il reste beau­coup de pro­grès à faire et d’innovations à trouver.

Autre point fon­da­men­tal : l’alimentation en éner­gie. En s’installant près des pôles, l’avantage pour le pro­jet Arte­mis est d’avoir un Soleil tou­jours pré­sent, au ras de l’horizon, ce qui  per­met­trait de déployer de grandes quan­ti­tés de pan­neaux solaires sur les flancs expo­sés des cra­tères. Mais au fur et à mesure que cette base se déve­lop­pe­ra, il fau­dra cer­tai­ne­ment com­plé­ter cet apport d’électricité par de petites cen­trales nucléaires com­pactes. En juin 2022, la NASA et le Depart­ment of Ener­gy (DoE) sélec­tion­naient jus­te­ment 3 pro­po­si­tions de sys­tèmes d’a­li­men­ta­tion à fis­sion nucléaire : cette der­nière pour­rait être prête à être lan­cée d’i­ci la fin de la décen­nie pour une démons­tra­tion sur la Lune.

Les acti­vi­tés de minage, par exemple, qui sont l’une des rai­sons du retour des humains sur la Lune. La res­source prin­ci­pale est l’eau, bien sûr, qu’on retrouve en grandes quan­ti­tés sous forme de glace au fond des cra­tères des pôles lunaires. Cette eau ser­vi­ra aus­si bien à l’alimentation et à l’agriculture locale qu’à la fabri­ca­tion de car­bu­rant (sous forme d’oxygène et d’hydrogène liquide) pour les fusées qui redé­col­le­ront depuis la Lune.

Mais le sol lunaire est poten­tiel­le­ment riche en autres res­sources immé­dia­te­ment inté­res­santes pour l’industrie minière, comme l’oxygène et le sili­cium, pré­sents en grandes quan­ti­tés, mais aus­si dif­fé­rents métaux comme l’aluminium ou le fer. À plus long terme, l’industrie minière lunaire pour­rait s’intéresser à l’hélium 3, néces­saire pour les futures tech­no­lo­gies de réac­teurs à fusion thermonucléaires.

Si les humains veulent res­ter sur notre satel­lite pen­dant de longues durées, d’autres tech­no­lo­gies et d’autres indus­tries devront être déve­lop­pées pour s’adapter au milieu lunaire.
Méde­cine, agri­cul­ture et bio­tech­no­lo­gies seront cru­ciales pour l’avenir, mais tout cela vien­dra dans un second temps, une fois qu’il aura été prou­vé que la pré­sence humaine dans ce milieu extra­ter­restre est réel­le­ment possible.

Alors, se déve­lop­pe­ra peut-être une der­nière indus­trie, poids-lourd qui occupe près de 7 % du PIB mon­dial : le tou­risme. Que ce soit en sur­vol, en orbite ou au sol, de courte ou de longue durée, la Lune pour­rait deve­nir la des­ti­na­tion incon­tour­nable du siècle prochain…