Grâce au programme Artemis, la NASA prévoit d’envoyer les premiers astronautes sur la Lune depuis plus de cinquante ans. Avant la fin de la décennie, ce programme vise à établir l’infrastructure qui permettra un “programme soutenu d’exploration et de développement lunaires”. L’Agence spatiale européenne (ESA) a également de grands projets, notamment la création d’un village lunaire qui servira de successeur spirituel à la Station spatiale internationale (ISS). La Chine et Roscosmos se sont également réunis en juin 2021 pour annoncer qu’ils construiraient la Station internationale de recherche lunaire (ILRS) autour du pôle sud lunaire.
Dans tous les cas, les agences spatiales prévoient de récolter des ressources locales pour répondre à leurs besoins de construction et à long terme – un processus connu sous le nom d’utilisation des ressources in situ (ISRU). Sur la base d’échantillons renvoyés par la cinquième mission du programme d’exploration lunaire chinois (Chang’e-5), une équipe de chercheurs de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a identifié pour la première fois des fibres de verre indigènes. Selon un article qu’ils ont rédigé, ces fibres ont été formées par des impacts passés dans la région et pourraient constituer un matériau de construction idéal pour les futures bases lunaires.
Les travaux ont été dirigés par Rui Zhao, Laiquan Shen, Dongdong Xiao et Chao Chang de l’Institut de physique CAS (IOP) de Pékin. Ils ont été rejoints par des chercheurs du Centre de science des matériaux et de génie optoélectronique de l’Université de l’Académie chinoise des sciences (UCAS), du Laboratoire des matériaux du lac Songshan, du Laboratoire de technologie spatiale Qian Xuesen, de l’Académie chinoise de technologie spatiale (CAST), et le Collège d’ingénierie et de sciences appliquées de l’Université de Nanjing. L’article de l’équipe, « Diverses lunettes révélées par le régolithe lunaire de Chang’E-5 », a récemment paru dans le Revue scientifique nationale.
Comme l’équipe de l’IOP l’a indiqué dans son article, les verres lunaires sont un composant important des sols lunaires et sont produits par divers processus. Au total, ils ont identifié cinq types en fonction du processus de formation impliqué : volcanique, d’impact, adhérant, déposé et irradié. Ces verres peuvent rester stables pendant des milliards d’années, fournissant un enregistrement géologique de la Lune et conduisant à une meilleure compréhension de sa formation et de son évolution. Cela inclut des questions relatives à la durée du volcanisme, au bombardement lourd tardif, aux origines de l’eau lunaire et à la présence d’un champ magnétique lunaire.
L’équipe a déterminé que les impacts sont les processus les plus actifs sur la surface lunaire, car ils sont “très hétérogènes à l’échelle temporelle et spatiale” – c’est-à-dire que les impacts sont un phénomène continu, contrairement au volcanisme et à d’autres activités géologiques qui ont pris fin il y a des milliards d’années. En étudiant les divers verres dans les 1,73 kg (3,8 lb) de régolithe lunaire renvoyés par Chang’E-5 (CE-5) de la région mare nord Oceanus Procellarum, ils ont pu clarifier leurs origines et les attribuer à trois mécanismes principaux : impact, dépôt et irradiation.
Comme ils le déclarent, les échantillons étaient assez différents de ceux renvoyés par les astronautes d’Apollo et le programme soviétique Luna, suggérant que différents mécanismes étaient à l’œuvre dans Oceanus Procellarum :
“Par rapport aux précédents échantillons retournés par Apollo et Luna qui sont limités à des âges de volcanisme étroits de 3,9 à 3,0 Ga et ne couvrent qu’environ 4,4% de la surface de la face visible de la lune, les échantillons CE-5 sont collectés dans la plus jeune région lunaire datée de 2,0 Ga et latitude moyenne-haute supérieure, permettant d’étudier la Lune dans une gamme spatio-temporelle étendue. Les caractérisations préliminaires montrent que les échantillons CE-5 sont des échantillons matures, mais ont une teneur en verre nettement inférieure de 8,3% à 20,0% à celle des échantillons Apollo (25,4% à 72,3%), ce qui implique un environnement spatial assez différent des sites Apollo.
Après avoir caractérisé les propriétés morphologiques, microstructurales et géochimiques des échantillons, l’équipe a découvert que les échantillons CE-5 contenaient divers matériaux vitreux. Comme le montre l’image ci-dessus, cela comprenait des particules de verre de différentes formes, telles que des globules, des ellipsoïdes, des haltères et des larmes (a à i). Ils ont également noté la présence de fibres de verre allongées qui (en fonction de leur allongement) variaient en forme de têtards (n), de masses (o) et de filaments (p). Ils ont en outre conclu que ces fibres étaient formées de matériaux en fusion créés par des impacts qui se sont refroidis au contact de l’environnement lunaire.
Ces fibres constitueraient un matériau de construction très efficace, conforme aux propositions de construction de bases lunaires par l’ISRU. L’équipe de l’IOP l’a indiqué en abordant les tentatives précédentes de fabrication de fibres de verre artificielles à partir de simulants de régolithe lunaire en laboratoire. En bref, leur analyse a démontré que ces fibres pouvaient être récoltées sur la Lune et utilisées pour fabriquer les matériaux nécessaires :
“[Attemps were made using] matériaux de simulation lunaire pour fabriquer des fibres de verre artificielles dans les laboratoires pour la construction de futures bases lunaires. Nos découvertes démontrent directement que les fibres de verre peuvent être produites in situ sur la Lune, ce qui pourrait inspirer la fabrication spatiale de fibres de verre telles que les fibres optiques homogènes et renforcer les fibres structurelles requises par les futures bases lunaires.
Avant que les agences spatiales puissent construire des habitats à long terme sur la Lune, des recherches caractérisant l’environnement lunaire et ses ressources sont absolument essentielles. En plus de fournir de nouvelles informations sur les nombreux processus qui ont façonné la surface lunaire au fil du temps, l’étude IOP pourrait ouvrir la voie à la création de bases permanentes sur la Lune. Cette recherche pourrait également éclairer les futures missions vers Mars, que la NASA et la Chine prévoient de commencer d’ici 2033. Ces missions incluent la création d’habitats de surface, et une caractérisation plus poussée de l’environnement martien pourrait conduire à des méthodes de construction spécialisées.
Lectures complémentaires : CGTN, Examen scientifique national
