Exploration de la Lune

L'exploration de la Lune débute avec le lancement des premiers programmes spatiaux dans les années 1950. Les programmes soviétique Luna et américain Ranger inaugurent une série de missions d'exploration au moyen de sondes spatiales dont l'objectif principal est de cartographier et d'identifier les principales caractéristiques de l'environnement lunaire. Cette phase culmine avec le premier pas de l'homme sur la Lune par l'américain Neil Armstrong le 21 juillet 1969, dans le cadre de la mission Apollo 11. Les données recueillies confirment l'image qui s'était progressivement dessiné au 20ème siècle d'un monde froid et mort, dépourvu de ressources.

Dans le contexte de la Guerre froide, l'exploration de la Lune est davantage motivée par la lutte entre les deux superpuissances de l'époque - les États-Unis et l'Union soviétique - que par la recherche scientifique même si le programme Apollo a permis de ramener près de 380 kg de roches lunaires sur Terre. À la même époque le programme lunaire habité soviétique est abandonné après les échecs rencontrés par le lanceur. Cet échec est en partie compensé par l'envoi réussi des deux rovers Lunokhod (1970). Mais avec la fin du programme Apollo, l'exploration spatiale se détourne de la Lune pour se porter vers des planètes plus lointaines associées à des enjeux scientifiques plus importants.

Le projet Constellation de la NASA démarré en 2004 et qui a pour objectif l'envoi de missions habitées vers la Lune dans les années 2020, relance les missions d'exploration scientifique de la Lune. Le programme Lunar Precursor Robotic (2009-) et certaines missions du programme Discovery lancés par les États-Unis doivent parachever les travaux entamés 50 ans auparavant en particulier dans la région des pôles où la présence d'eau est envisagée. Parallèlement de nouvelles nations spatiales - le Japon dès 1990, la Chine en 2007 et l'Inde en 2008- lancent des sondes spatiales vers la Lune car sa proximité permet d'acquérir plus facilement la maîtrise de ce type de mission complexe. Mais le 1er février 2010, le président Barack Obama a annoncé l'annulation du projet Constellation, après y avoir investi plus d'un milliard de dollars.

Dès le début de la conquête spatiale, des missions d'exploration sont envoyées vers la Lune. Les soviétiques sont à l'origine de plusieurs premières dans le cadre du programme Luna. La sonde Luna 1 effectue le premier survol de la Lune en janvier 1959. Le premier objet fabriqué par l'homme à atteindre la Lune est la sonde soviétique Luna 2, qui s'y écrase le 14 septembre 1959. La face cachée de la Lune a été photographiée pour la première fois le 7 octobre 1959 par la sonde automatique Luna 3. Luna 9 est la première sonde à se poser en douceur sur la Lune ; elle retourne des photographies de la surface lunaire le 3 février 1966. Enfin le premier satellite artificiel de la Lune est la sonde soviétique Luna 10, lancée le 31 mars 1966. Luna 12 retransmet des images TV de la Lune en octobre 1966.

Parti avec retard, la NASA met sur pied plusieurs programmes destinés à préparer de manière systématique les futures missions habitées du programme Apollo.

• Les premières sondes du programme Pioneer (1958-1960) sont consacrées à l'exploration lunaire. Aucune n'atteint son objectif à la suite soit de défaillances du lanceur soit de problèmes rencontrés par la sonde elle-même.
• Les sondes du programme Ranger (1960-1965) après avoir connu une série d'échecs envoient des milliers de photos prises avant de s'écraser sur la Lune.
• Le programme Lunar Orbiter (1965-1967) est constitué de 5 sondes qui réalisent des photographies détaillées des sites d'atterrissage pré sélectionnés pour les missions du programme Apollo et permettent de cartographier 99% de la surface lunaire.
• Les sondes du programme Surveyor (1966-1968) en effectuant un atterrissage en douceur sur la Lune donnent de précieuses indications sur la consistance du sol lunaire et les techniques d'atterrissage utilisant un radar qui furent utilisées pour définir les caractéristique du train d'atterrissage du module lunaire Apollo.

Le 25 mai 1961, le président Kennedy annonce que les astronautes américains atterriront sur la Lune avant la fin de la décennie. Il lance ainsi le programme Apollo qui grâce à une mobilisation sans précédents de moyens humains et de ressources financières permettra d'atteindre l'objectif fixé.

Le 24 décembre 1968, les membres de l'équipage d'Apollo 8 (Frank Borman, Jim Lovell, et William Anders) sont les premiers humains à apercevoir directement la face cachée de la Lune. Apollo 10 simule une mission lunaire, avec séparation d'un véhicule lunaire, qui s'éloigne du vaisseau principal, mais ne se pose pas. Le premier atterrissage humain eut lieu le 20 juillet 1969. Ce fut le point culminant de la course spatiale engagée entre les États-Unis et l'URSS, alors en pleine guerre froide. Le premier astronaute à poser le pied sur la Lune est Neil Armstrong, le capitaine de la mission Apollo 11. Six missions Apollo en tout se poseront sur la Lune. Les derniers hommes à marcher sur le sol lunaire sont le scientifique Harrison Schmitt et l'astronaute Eugene Cernan, au cours de la mission Apollo 17 en décembre 1972. Au total, douze hommes marchèrent sur la Lune.

Le bilan scientifique, s'il n'est pas proportionnel à l'investissement consenti, n'en est pas moins important. Plus de 380 kg de roches lunaires sont ramenées sur Terre. Un ensemble d'instruments scientifiques, l'ALSEP, est déposé par 5 des 6 missions et fournit des données jusqu'en 1977. Les instruments de l'ALSEP sont différents suivant les missions : spectromètre, magnétomètre, détecteur sismique passif et actif, gravimètre, ...). Les informations recueillies par les astronautes portent sur la composition du sol, la structure interne de la Lune, le rayonnement, la composition atmosphérique. Un véhicule, le rover lunaire, disponible à partir d'Apollo 15, permet d'élargir le rayon d'action des astronautes qui passe de quelques centaines de mètres à une dizaine de km entre Apollo 11 et Apollo 17.

Le programme Zond doit préparer les missions lunaires habitées soviétiques. Mais pour différentes raisons les missions lunaires du programme sont un échec. Le programme lunaire habité soviétique est lui-même arrêté à la suite de défaillances répétées du lanceur N-1. Les Soviétiques décident de poursuivre l'exploration lunaire avec des sondes spatiales. Les sondes Luna 16 (1970), Luna 20 (1972) et Luna 24 (1976) parviennent à ramener un échantillon de quelques centaines de grammes du sol lunaire. Le 17 novembre 1970, Lunokhod 1 est le premier véhicule robotisé à explorer sa surface. Lunokhod 2 (1973) parcourt près de 40 km sur le sol lunaire.

Avec l'arrêt du programme Apollo l'exploration spatiale se détourne de la Lune pour se porter vers des planètes plus lointaines associées à des enjeux scientifiques plus importants.

À la fin des années 1990 les sondes américaines Clementine et Lunar Prospector détectent la présence d'hydrogène au-dessus des cratères plongés en permanence dans l'obscurité ce qui pourrait indiquer la présence d' eau sur la Lune mais des expériences et observations menées par la suite ne confirment pas cette hypothèse.

La sonde européenne Smart-1 s'insère en orbite autour de la Lune avec succès le 16 novembre 2004, Il s'agit surtout d'un démonstrateur technologique qui prouve que la propulsion électrique peut être utilisée sur des sondes spatiales.

• Le Japon lance en 1990 le satellite Hiten qui à la suite d'un demi-échec est placé en orbite autour de la Lune. Après l'abandon du projet de sonde LUNAR-A qui devait embarquer deux pénétrateurs, la sonde SELENE est lancée en 2007 pour étudier, entre autres, l'environnement lunaire et le champ de gravité. L'agence spatiale japonaise étudie le lancement de Selene-2, un atterrisseur qui pourrait se poser près du pôle lunaire vers 2012-2013.
• La Chine décide de se lancer également dans l'exploration lunaire ; une première sonde est place en orbite en 2007, dans le cadre du programme chinois d'exploration lunaire, un des buts étant la découverte de grande quantité d'un isotope rare de l'hélium, l'hélium-3, qui pourrait avoir des applications dans la production d'énergie.
• L'Inde développe également une sonde lunaire, nommée Chandrayaan 1, lancée le 22 octobre 2008.

En 2004 le président Bush décide de relancer les vols habités vers les autres astres en donnant le coup d'envoi au programme Constellation. Celui-ci prévoit le retour d'astronautes sur notre satellite à l'horizon 2018/2020 pour un budget évalué à 104 milliards de dollars.

Pour préparer ces missions une série de sondes regroupées au sein du programme Lunar Precursor Robotic (2009-) ou faisant partie du programme Discovery ont été lancées ou doivent l'être dans les années qui viennent. LCROSS (2009) doit respectivement rechercher la trace de présence d'eau dans les zones plongées en permanence dans l'obscurité près des pôles . LRO (2009) a également cette mission mais remplit également des objectifs de cartographie, mise au point de système géodésique, ... GRAIL (2011) doit dresser une carte détaillée du champ de gravité lunaire pour déterminer la structure interne de la Lune et optimiser la trajectoire des engins spatiaux. LADEE (2011) doit étudier l'atmosphère lunaire avant que les activités humaines ne la modifient trop .