La NASA prévoit depuis longtemps d’extraire de l’eau sur la lune pour alimenter les colonies humaines et les futures explorations spatiales. Aujourd’hui, la découverte de petites quantités d’eau sur une grande partie de la surface lunaire a fait passer cette vision à la vitesse supérieure, l’agence spatiale américaine poursuivant plusieurs technologies prometteuses.

Une usine de réduction de l’hydrogène et des prospecteurs de rovers lunaires ont déjà passé avec succès des tests sur le terrain sur le sol volcanique d’Hawaï, et la technologie plus radicale des micro-ondes a montré qu’elle pouvait être utilisée pour extraire la glace d’eau souterraine. L’eau extraite par ces méthodes pourrait non seulement permettre aux astronautes de se désaltérer, mais aussi fournir de l’oxygène et du carburant pour les missions lunaires.

« Il est possible d’amortir assez rapidement les coûts par rapport aux coûts de lancement d’une mission consistant à lancer des réservoirs d’eau et d’oxygène sur la Lune », a déclaré Gerald Sanders, responsable du projet d’utilisation des ressources in situ de la NASA. Il a cité une étude d’analyse des coûts réalisée par le centre de recherche Ames de la NASA en Californie, selon laquelle ces technologies d’extraction pourraient être rentabilisées en un an.

Toutefois, M. Sanders a souligné que de grandes inconnues devaient être résolues avant que les ingénieurs de la NASA ne puissent se lancer dans la prospection de l’eau lunaire. Ils doivent savoir quelle quantité d’eau la Lune contient, où elle se trouve et à quelle profondeur ils doivent creuser.

Une sonde, le vaisseau LCROSS de la NASA, se rapproche du pôle sud de la Lune et devrait s’écraser dans un cratère le 9 octobre dans l’espoir de trouver de la glace d’eau cachée dans les ombres permanentes.

Pas de demi-mesure

Les scientifiques de la NASA ont travaillé discrètement sur les technologies d’exploitation de l’eau pendant des années dans de petits laboratoires. Mais un programme à part entière n’a pas vu le jour avant que la dernière vision de la vie sur terre et de l’utilisation des ressources lunaires n’apparaisse en 2004.

Une technologie prometteuse tire parti de la chimie de la terre lunaire – ou régolithe – en ajoutant de l’hydrogène, qui réagit ensuite avec l’oxyde de fer de la terre lunaire pour produire de l’eau. Ces réacteurs de réduction de l’hydrogène chauffent le régolithe à environ 1 832 degrés Fahrenheit (1 000 degrés Celsius) afin que les réactions chimiques appropriées puissent se produire.

Un processus connu sous le nom d’électrolyse permet ensuite de diviser l’eau extraite en hydrogène et en oxygène purs, destinés au carburant des fusées ou à l’approvisionnement en air des astronautes.

La NASA a déjà testé un réacteur de réduction de l’hydrogène sur le volcan MaunaKea d’Hawaï. Pendant une année d’exploitation, il a produit 660 kg d’oxygène à partir d’un sol rocheux contenant 5 % d’oxyde de fer. Les ingénieurs travaillent actuellement sur un système de deuxième génération capable de produire 1 000 kg d’oxygène.

Plusieurs rovers et foreuses minières ont également fait leurs preuves lors d’essais sur le terrain à Hawaï et ont montré comment les futures missions pourraient extraire de l’eau du régolithe lunaire ou des poches de glace souterraines.

« Vous avez une petite chambre sur un rover, et le rover pellete le régolithe dans la chambre de chauffage », a déclaré Sanders à SPACE.com. Il a comparé cette technologie à celle du four précédemment utilisé sur le Phoenix MarsLander de la NASA, sauf que le four Phoenix était un dispositif à usage unique. Un réacteur lunaire réutilisable nécessiterait des vannes étanches qui pourraient s’ouvrir et se fermer de nombreuses fois pendant plusieurs années.

Mais les ingénieurs ne savent toujours pas s’il faut déterrer les matériaux et les ramener à une usine de traitement centrale, ou si les rovers doivent simplement transporter la technologie de traitement. Selon les chercheurs, la question de savoir si de l’eau faiblement retenue dans le régolithe pourrait se perdre lors des excavations lunaires est une question sérieuse.

Des micro-ondes pour la lune

Outre les fours, la NASA s’est également intéressée aux micro-ondes pour exploiter l’eau lunaire. Des tests effectués sur une simulation de pergélisol lunaire ont montré que des micro-ondes peuvent vaporiser 98 % de la glace d’eau et capturer 99 % de l’eau extraite sous forme de gaz, sans qu’il soit nécessaire de forer ou de creuser dans des conditions glaciales où la glace d’eau peut devenir aussi solide que du granit.

La technologie des micro-ondes n’en est qu’à ses débuts, mais elle pourrait permettre de réaliser « d’importantes économies d’énergie » par rapport à l’excavation et au chauffage d’énormes masses de régolithe, a déclaré M. Sanders.

Tester une telle technologie est coûteux, même dans les laboratoires terrestres. Mais la modélisation informatique a permis de calculer comment différentes micro-ondes sont absorbées par différents types de régolithe lunaire, a déclaré Edwin Ethridge, un spécialiste des matériaux au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama.

« Nous ne connaissons pas nécessairement les fréquences idéales des micro-ondes », a expliqué Ethridge. « Cela dépend de l’endroit où se trouve l’eau et de sa concentration ».

Les astronautes d’Apollo ont ramené des échantillons des plaines lunaires, mais les scientifiques de la NASA soupçonnent qu’une grande quantité de glace d’eau pourrait se cacher dans les hautes terres et les régions proches des pôles lunaires.

Ethridge et ses collègues espèrent un jour mettre la main sur davantage de véritables échantillons lunaires. Mais pour l’instant, ils disposent de plusieurs variantes de terre lunaire simulée qui représentent différentes parties de la lune.

La Lune, Mars ou la faillite

Quelle que soit la méthode, la technologie d’extraction de l’eau pourrait s’avérer prête avant que la NASA ne puisse retourner sur la Lune. L’agence espère renvoyer des astronautes sur la Lune d’ici les années 2020, mais l’incertitude quant au programme Constellation habité et à l’avenir de l’agence pèse lourdement sur le financement de ces efforts et sur la date à laquelle ils pourraient être déployés.

Beaucoup de choses dépendent également de la mission LCROSS qui se rapproche rapidement et qui vise à s’écraser sur la Lune avec deux impacteurs. Elle pourrait indiquer aux scientifiques la quantité de glace d’eau qui se cache dans les cratères près des pôles lunaires et contribuer à combler certaines inconnues.

« La première étape de tout cela consiste essentiellement à comprendre les concentrations d’eau [disponible], la quantité d’énergie nécessaire pour la déterrer et la quantité d’énergie requise pour chasser les substances volatiles », a déclaré Sanders.

Les incertitudes budgétaires et scientifiques mises à part, Sanders et Ethridge restent convaincus que l’extraction de l’eau de la lune représente une voie gagnante pour la NASA.

« Je ne vois pas comment il pourrait ne pas être rentable d’extraire de l’eau de la lune pour ravitailler les charges utiles spatiales en orbite lunaire », a noté Ethridge. « Si nous avons un avant-poste lunaire avec des humains, la chose la plus logique serait d’avoir une installation pour extraire l’eau. »

De telles technologies devraient servir à la NASA bien au-delà de la lune également. Des cratères d’impact récents sur Mars ont révélé la présence de glace sous la surface de la planète rouge – un indice alléchant de ce que les humains espèrent trouver plus près de chez eux.

David SCHMIDT