Par Jonathan O'Callaghan

La mission indienne Chandrayaan-3 révèle déjà de nouvelles informations sur l'énigmatique pôle Sud de la Lune. Les États-Unis, la Chine et la Russie prévoient d'autres missions dans cette région, mais qu'est-ce qui la rend si fascinante ?

C'est un endroit où aucun objet fabriqué par l'homme ne s'est jamais aventuré. Dernièrement, cependant, le petit rover Pragyaan a glissé le long d'une rampe depuis son vaisseau mère, l'atterrisseur indien Vikram, et a commencé à explorer la région entourant le pôle sud de la Lune.

Ce vaisseau spatial sans équipage est en quelque sorte un pionnier - le premier à effectuer un atterrissage en douceur dans le paysage polaire lunaire glacial et parsemé de cratères. Alors que les missions Apollo des années 1960 et 1970 se sont principalement posées près de l'équateur lunaire, l'atterrisseur de la mission indienne Chandrayaan-3 a réussi à se poser à environ 600 km du pôle Sud lunaire, plus près qu'aucun autre engin spatial ne l'a fait jusqu'à présent.

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L'atterrissage a eu lieu juste après l'échec d'une tentative russe deux jours plus tôt, celle du vaisseau spatial Luna-25, qui a perdu le contrôle et s'est écrasé. La mission indienne marque le début d'une activité intense sur cette partie énigmatique de la surface lunaire, qui devrait permettre à l'homme d'y poser le pied dans le courant de la décennie.

"C'est tout simplement incroyable que cela se produise", déclare le scientifique Simeon Barber, spécialiste des planètes à l'Open University au Royaume-Uni.

Aux côtés de l'Inde et de la Russie, les États-Unis et la Chine ont pour objectif le pôle Sud de la Lune. Ils espèrent y étudier certains des mystères les plus intrigants de la Lune et peut-être même exploiter ce qu'ils y trouveront.

Mais qu'est-ce qui rend le pôle Sud de la Lune si attrayant pour ces visiteurs ?

Chandrayaan-3 et son rover de la taille d'une valise ont déjà renvoyé quelques indices alléchants de l'environnement étrange dans lequel ils se trouvent. Se déplaçant à une vitesse d'environ 1 cm par seconde sur la surface poussiéreuse, le rover Pragyaan s'est éloigné de plusieurs mètres de son vaisseau mère.

En enfonçant ses capteurs dans le sol lunaire, le rover a révélé une curieuse chute de température sous la surface. À la surface, il a mesuré une température d'environ 50 °C, mais à seulement 80 mm de profondeur, elle est tombée à -10 °C, une différence de température qui a "surpris" les scientifiques.

L'équipement d'analyse chimique embarqué a également indiqué la présence de soufre, d'aluminium, de calcium, de fer, de titane, de manganèse, de chrome et d'oxygène dans le sol lunaire.

Ces deux premières découvertes expliquent pourquoi les scientifiques sont impatients d'explorer la région polaire sud de la Lune.

L'axe de rotation de la Lune étant peu profond (1,5 degré contre 23,5 degrés pour la Terre), certains cratères situés aux pôles ne voient jamais la lumière du soleil. Les scientifiques pensent que cette situation, associée aux basses températures qui règnent à ces endroits, a entraîné une abondance de glace, composée en grande partie d'eau, qui est soit mélangée au sol, soit exposée à la surface. On espère que cette glace pourra servir à la fois de ressource pour les astronautes et de tremplin pour de futures découvertes scientifiques. "C'est un endroit unique", explique Saumitra Mukherjee, professeur de géologie à l'université Jawaharlal Nehru de New Delhi, en Inde. "La disponibilité de l'eau est très importante", explique-t-il.

La meilleure preuve de la présence de glace d'eau sur la Lune provient d'une expérience menée par la NASA en octobre 2009, au cours de laquelle une fusée vide a été délibérément précipitée dans un cratère du pôle Sud. "Le panache de matières contenait des traces d'eau", explique Margaret Landis, planétologue à l'université du Colorado, à Boulder, aux États-Unis. "C'est notre seule observation directe de glace d'eau sur la Lune."

D'autres données indiquent une réflectance plus élevée aux pôles, résultat probable de la présence de glace, tandis qu'une plus grande quantité d'hydrogène aux pôles a été observée, ce qui pourrait être le résultat de la présence de glace d'eau. L'année dernière, le scientifique William Reach, du centre de recherche Ames de la NASA en Californie, a fait voler le télescope Sofia de la Nasa, aujourd'hui hors service, dans un avion pour étudier la Lune. Il a trouvé des traces d'hydrogène "juste à l'extérieur" du site d'atterrissage occupé par Vikram de Chandrayaan-3 et son rover depuis qu'ils se sont posés le 23 août.

Ces récentes découvertes de glace d'eau ont suscité un regain d'intérêt pour l'exploration de la Lune, et en particulier de son pôle Sud.

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L'atterrisseur et le rover indiens vont maintenant permettre aux scientifiques de "tester les théories proposées par les chercheurs lunaires sur la présence de glace d'eau dans le sol lunaire", explique Aanchal Sharma, ancien ingénieur de l'Organisation indienne de recherche spatiale (ISRO), qui travaille aujourd'hui à l'université de Trente, en Italie.

Les données de Chandrayaan-3 seront utiles, mais ce sont les missions ultérieures, qui atterriront plus près du pôle Sud, qui suscitent le plus d'intérêt chez les scientifiques. C'est là que se trouvent les cratères connus sous le nom de "régions ombragées en permanence" (PSR). Parfois surnommés "cratères de l'obscurité éternelle", ces cratères sont inclinés de telle sorte que les rayons du soleil n'atteignent jamais leurs entrailles, ce qui signifie qu'ils ont potentiellement stocké de la glace pendant des milliards d'années. Le pôle Sud compte plus de cratères que le pôle Nord, ce qui s'explique probablement par le nombre d'impacts de météorites qui ont frappé la surface, faisant du pôle Sud une cible plus attrayante.

Les températures dans les PSR peuvent descendre en dessous de -200C (-390F), ce qui en fait des lieux privilégiés pour la recherche de glace. Un rover de la NASA appelé Viper, qui doit se rendre au pôle Sud de la Lune fin 2024, ira dans certaines de ces PSR et allumera ses phares pour faire la lumière - littéralement - sur leurs secrets. La mission devrait nous indiquer s'il y a des "blocs de glace" ou des "petits cristaux [associés] à un mélange de sable", explique Dan Andrews du centre de recherche Ames de la NASA, responsable du projet Viper.

Viper pourrait ne pas être la première mission à pénétrer dans une PSR. Une mission précédente, appelée Micro-Nova Hopper, de la société américaine Intuitive Machines, pourrait être envoyée sur la Lune plus tôt, en 2024. Bien qu'elle ne dispose pas des instruments de Viper, une foreuse pour creuser la surface, par exemple, elle utilisera ses propulseurs pour "sauter" dans une PSR au pôle Sud de la Lune, nous donnant ainsi un premier aperçu de l'intérieur.

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Ces missions ne sont pas les seules à viser le pôle Sud de la Lune. Une mission indienne de suivi en partenariat avec le Japon, Chandrayaan-4, se dirigera également vers cette région, tandis que la Chine a fait part de son intention d'y atterrir et que la Russie a un autre projet de mission au pôle Sud.

La glace d'eau est à l'origine de cet intérêt. Si elle existe en abondance et qu'elle est accessible, elle pourrait constituer une ressource précieuse à la fois pour les établissements humains sur la Lune et pour l'exploration plus lointaine du système solaire. Si la glace peut être extraite du sol lunaire, elle pourrait être transformée en hydrogène et en oxygène, un composant clé du carburant des fusées ou une source potentielle d'eau potable et d'oxygène pour les établissements humains.

"La façon la plus simple de l'extraire est de creuser le sol glacé et de le mettre dans une sorte de four pour sublimer la glace", explique Kevin Cannon, professeur adjoint de géologie à l'École des mines du Colorado, aux États-Unis. "Nous pourrions mettre suffisamment de propergol dans un dépôt pour qu'une fusée puisse se ravitailler et atteindre le système solaire extérieur plusieurs fois. Nous avons également accès à des endroits éclairés jusqu'à 90 % de l'année, ce qui donne une bonne énergie solaire pour transformer le sol en oxygène et en métaux tels que l'aluminium."

Ces rêves de voyage dans l'espace lointain et de vie sur la Lune sont plus proches qu'on ne le pense. En 2025, la NASA prévoit de faire atterrir des humains sur la surface de la Lune à bord d'un atterrisseur SpaceX, pour la première fois depuis un demi-siècle, dans le cadre de sa mission Artemis III. Ils atterriront sur un site actuellement non sélectionné au pôle Sud et prospecteront directement la glace pour la première fois.

"Les principaux objectifs de cette mission sont d'apprendre à atterrir et à opérer dans les régions polaires", explique Jacob Bleacher, responsable scientifique de l'exploration à la NASA. En fonction de la nature de la glace découverte par les missions précédentes, comme Viper au pôle Sud, les astronautes emporteront probablement des outils pour en prélever et la ramener sur Terre. Les futures missions Artemis pourraient alors chercher à utiliser cette ressource de manière plus intensive. "Il s'agit d'une série d'étapes itératives", explique M. Bleacher.

La perspective d'autres minéraux et métaux potentiellement utilisables à la surface de la Lune pourrait également être exploitée et utilisée par les astronautes pour construire l'infrastructure dont ils auront besoin pour survivre sur place.

De nombreuses raisons scientifiques justifient également l'exploration du pôle Sud de la Lune. Les scientifiques sont impatients de découvrir l'origine de l'eau lunaire, qui peut avoir été produite par d'anciens volcans lunaires il y a des milliards d'années, apportée par des astéroïdes ou des comètes, ou même transportée par le vent solaire. "Ce qui est vraiment passionnant à propos de l'eau sur la Lune, c'est de comprendre comment les planètes rocheuses obtiennent leur eau, qui est un élément clé de leur habitabilité", déclare Landis. "Comprendre comment la Lune a obtenu son eau peut nous en apprendre davantage sur la Terre et sur les exoplanètes rocheuses [dans d'autres systèmes solaires]."

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En outre, le rover chinois Chang'e-4 a trouvé des preuves de l'existence d'un vaste cratère enfoui près du pôle Sud de la Lune, résultant d'un impact violent au début de son existence, sur lequel les scientifiques sont impatients d'en savoir plus. "Nous pouvons voir une coupe transversale du cratère enfoui" grâce au radar, explique Jianqing Feng, du Planetary Science Institute en Arizona.

Brett Denevi, planétologue au laboratoire de physique appliquée de l'université Johns Hopkins, dans le Maryland (États-Unis), qui a été sélectionné au début du mois pour diriger une équipe de géologues chargée de fixer les objectifs scientifiques des astronautes d'Artemis III, note également que le terrain du pôle Sud est l'un des plus anciens de la Lune et qu'il présente moins de traces de volcanisme récent. "C'est une occasion fantastique d'étudier certains des processus du système solaire les plus anciens qui n'ont pas été enregistrés sur Terre", explique-t-elle. L'équipe de Mme Denevi souhaite résoudre d'autres mystères concernant la Lune, notamment la raison pour laquelle sa face cachée comporte beaucoup plus de cratères que sa face proche et la nature de l'océan de magma qui a probablement recouvert sa surface à une époque. "Nous avons encore des questions fondamentales à propos de la Lune", dit-elle.

Chandrayaan-3 pourrait n'être qu'un début de réponse à ces questions, et peut-être même permettre de vivre et de travailler sur la Lune comme jamais auparavant. "Nous allons sur la Lune pour apprendre à survivre dans le système solaire et élaborer un plan d'exploration de l'espace", explique Mme Bleacher. "Nous pourrons également découvrir l'histoire du système solaire. C'est vraiment un grand pas en avant pour l'humanité."