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La colonisation de la Lune est le projet consistant à installer une voire plusieurs bases permanentes habitées sur la Lune.
Une présence humaine permanente sur un corps planétaire autre que la Terre est un thème récurrent de science-fiction. Alors que la technologie a évolué et que l'inquiétude quant à l'avenir de l'humanité sur Terre progresse, la colonisation de l'espace pourrait devenir un but possible et nécessaire. La Lune constituerait alors une excellente préparation en vue de voyages plus lointains.
Dès 1958, plusieurs projets, américains comme soviétiques, visent à installer des bases plus ou moins permanentes sur la Lune.
Lors de l'annonce de la stratégie globale d'exploration en décembre 2005, le plan à long terme de la NASA, Vision for Space Exploration, abandonné en 2010 par l'administration du président Obama, incluait un retour sur la Lune avec une mission habitée en 2018, puis reculé à 2019, avec installation d'une base permanente habitée de quatre personnes pour 2024 (l'avant-poste lunaire).
Cette base aurait été située au pôle sud sur les remparts du cratère Shackleton qui est un des points plus constamment ensoleillés de notre satellite naturel, avec les écarts de température les moins forts (−30 °C en moyenne). La base devait comprendre des quartiers d'habitation, un observatoire, des panneaux solaires et des réservoirs d'énergie[16].
La construction d'une telle base nécessitait une coopération internationale avec pour objectif un test des techniques en vue d'une mission martienne, une exploitation économique de la Lune et aurait pu augmenter les connaissances scientifiques. Les véhicules spatiaux Orion et un module d'accès à la surface lunaire devaient être utilisés[17].
Cependant le projet, confronté à de graves problèmes de financement et de dépassement des échéances, a fait l'objet d'un audit par la commission Augustine en 2009, qui a proposé soit d’accroître le budget annuel qui lui est consacré pour faire face au coût réel soit d'abandonner le projet au profit d'une démarche d'exploration progressive incluant un volet important de recherche pour améliorer les technologies spatiales nécessaires. Le président Barack Obama propose le l’annulation du programme Constellation. Cet abandon est confirmé le 11 octobre 2010.
Le 11 mars 2019, Jim Bridenstine, administrateur de l'agence spatiale américaine, la NASA, dévoile le programme Explore Moon To Mars, qui reprend certains axes de développement des précédents programmes d'exploration lunaire[18]. Avec le concours d'entreprises privées et des agences spatiales japonaises, européennes, russes et canadiennes, il s'agit cette fois de construire, entre 2020 et 2030, une station orbitale habitée autour de la Lune[19]. Cet avant poste lunaire inaugurerait le retour d'astronautes sur la Lune pour des missions allant de plusieurs jours à une semaine et permettrait de préparer l'envoi d'astronautes sur Mars, objectif que l'agence américaine se fixe à l'horizon 2030[20].
Seule l'Agence spatiale canadienne a, fin mars 2019, confirmé sa participation au programme[21].
En février 2013, l'Agence spatiale européenne (ESA) annonce vouloir construire une base lunaire en utilisant la technique de l'impression 3D[22].
Dans le cadre du programme "Explore Moon To Mars" annoncé en 2019, l'ESA devrait participer à l'élaboration de la station lunaire Lunar Orbital Platform-Gateway en fournissant notamment le module de communication et ravitaillement ESPRIT[19].
La CNSA, l'agence spatiale chinoise, est responsable du programme chinois d'exploration lunaire qui a pour but l'étude et l'exploration de la Lune grâce à des robots puis éventuellement par des êtres humains vers 2025-2030. Parmi les objectifs de la CNSA on retrouve l'installation d'une base lunaire mais aussi l'extraction d'hélium 3, présent en abondance sur le satellite naturel.
L'association Lavochkin expose en juin 2015 au salon du Bourget la maquette d'une base lunaire entièrement robotisée, destinée à l'exploitation de ressources minérales, notamment d'hélium 3. Le programme d'exploration, qui ne devrait pas débuter avant 2020, comprend un orbiteur (Luna-Glob orbiter), un atterrisseur (Luna-Resurs lander), un rover à six roues (Luna-Grunt rover mission Luna-Resurs rover) qui arpentera un cratère pendant un an, et une mission de retour d’échantillons lunaires (Luna-Grunt sample return vehicle). Ces missions d’exploration se succéderont dans la région du pôle sud, préalablement à la création d’une base robotique ("Lunny Poligon" en russe) destinée à mettre au point les méthodes d’extraction des éléments du sol lunaire et mener par ailleurs des recherches scientifiques et technologiques[23].
Grâce à sa proximité avec la Terre, la Lune a été depuis longtemps candidate pour une colonie humaine dans l'espace. Avant qu'une colonie ne soit créée, des ressources doivent être identifiées, car leur extraction déterminera le développement de cette colonie. Les échantillons rapportés par le programme Apollo indiquent que plusieurs matériaux de valeur peuvent être trouvés en quantité sur la Lune. Le premier de ces éléments est l'oxygène qui représente environ 42 % du régolithe lunaire (fine poussière qui recouvre la surface lunaire). Il est suivi par le silicium, une matière première importante (20 %) et le fer (13 %) qui permet la production d'acier. Viennent ensuite la bauxite (7 %) nécessaire à la production d'aluminium et le titane (1 %), présents en quantités bien supérieures à celles trouvées sur Terre. Pour autant ces ressources sont sous des formes physico-chimiques diverses et ne sont utilisables qu'au bout d'un long processus d'extraction et de purification impossible à mettre en œuvre sur la Lune. Quant au retour du minerai sur la terre pour y être traité, les quantités transportables sont dérisoires au regard de ce qui peut être trouvé directement sur la Terre, annulant tout intérêt à l'opération.
Cependant, bien que le programme Apollo ait montré la faisabilité d'un voyage vers la Lune (à un coût élevé), il confirma que l'établissement d'une colonie lunaire n'est ni utile ni possible du fait de l'absence d'éléments nécessaires à la vie tels que l'hydrogène ou l'azote.
Le développement économique de la Lune nécessiterait la création d'habitats et d'infrastructures gigantesques à proximité des mines ou des centres de traitement. Le coût de déploiement de ces installations est sans commune mesure avec la richesse très hypothétique dégagée par ces activités. Pour que ce développement soit viable, il faudrait réduire considérablement le coût des transports aller et retour. Mais les lois de la mécanique et de la propulsion spatiale sont ce qu'elles sont et aucune rupture capable de changer la donne n'est envisagée aujourd'hui. Ni la fabrication de carburant sur place, du fait des installations à déployer, ni les lanceurs réutilisables qui sont moins performants ne peuvent résoudre la question. Beaucoup de projets peu viables ont été imaginés sur ce thème, comme l'utilisation de catapultes électromagnétiques dont le caractère économique reste à démontrer, et qui impriment à leur charge une vitesse linéaire dans une direction fixe non pilotable.
Coloniser la Lune est présenté comme le moyen de perfectionner un système de support de vie de longue durée et autonome indispensable pour la colonisation ou l'exploration spatiale au long terme. Ce laboratoire serait situé près de la Terre pour permettre l'envoi de ravitaillement ou d'assistance dans un délai raisonnable.
Certains défenseurs de la colonisation spatiale comme la Mars Society pensent que coloniser la Lune serait plus difficile que coloniser Mars, et que concentrer les ressources sur une colonisation lunaire serait retarder le programme de colonisation tout entier. D'autres groupes comme la National Space Society et la Moon Society (en) voient au contraire la Lune comme un premier pas logique. La possibilité d'utiliser la fusion nucléaire comme source d'énergie propre à partir de l'hélium 3 (3He) extrait sur la Lune serait une justification économique de l'implantation d'une base lunaire. Mais si l'hélium 3 est abondant en quantité, c'est à très faible concentration. Son extraction supposerait de manipuler des milliards de tonnes de régolithe et donc une dépense d'énergie préalable impensable sur la Lune. Par ailleurs, il n'existe pas encore d'application civile de la fusion pour la production d'électricité : seuls des prototypes expérimentaux ont pu être construits à ce jour et on ne prévoit pas de centrale avant le prochain siècle. Si la Chine (par la voix de son responsable du programme lunaire Ouyang Ziyuan) fonde de grands espoirs sur l'hélium 3, ce n'est pas le cas des États-Unis, qui prévoient l'extraction d'oxygène, voire d'eau et l'utilisation de panneaux solaires[24].
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