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.