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CHAUFEE Tandis que les quatre astronautes de la mission historique qui a survolé la Lune amorçaient leur retour sur Terre, le géophysicien et planétologue Philippe Lognonné et le cosmochimiste Frédéric Moynier ont répondu à vos questions lors d’un tchat, mardi 7 avril.

Qu’a-t-on déjà appris sur la Lune ? Pourquoi intéresse-t-elle encore les agences spatiales ? Qu’apportent les programmes spatiaux lunaires en cours ?

Philippe Lognonné,géophysicien et planétologue, coresponsable scientifique de deux sismomètres qui seront déposés au pôle sud de la Lune dans le cadre du programme Artemis et du programme CLPS de la NASA, et Frédéric Moynier, cosmochimiste et directeur adjoint de la recherche à l’Institut de physique du globe de Paris, qui étudie notamment les échantillons lunaires ramenés par le programme américain Apollo et les sondes chinoises Chang’e, ont répondu à vos questions lors d’un tchat, mardi 7 avril.

Benoit74 : Bonjour, pourquoi retourner sur la Lune aujourd’hui ? Est-ce qu’il y a un vrai enjeu scientifique ?

Frédéric Moynier : Les missions Apollo ont profondément changé notre vision de l’origine de la Lune et, à travers elle, de l’origine de la Terre. De nombreuses questions majeures restent en suspens.

Par exemple, les analyses des échantillons d’Apollo avaient montré que la Lune était très « sèche » par rapport à la Terre, c’est-à-dire qu’elle contient très peu d’éléments volatils. Cela constituait un argument majeur en faveur d’une formation de la Lune lors d’un impact géant.

Cependant, il a été découvert depuis que la Lune contient tout de même de l’eau, en particulier aux pôles. La question majeure concernant cette eau est la suivante : quelle est son origine ? Provient-elle du vent solaire implanté à la surface de la Lune ? A-t-elle été apportée lors des nombreux impacts d’astéroïdes ou de comètes (comme on le voit avec la surface très cratérisée de la Lune) ?

L’analyse de cette eau, en particulier de l’abondance des isotopes de l’oxygène et de l’hydrogène, permettra de mieux comprendre son origine. Mais pour cela, il est nécessaire de rapporter des échantillons sur Terre. Les futures missions lunaires, et en particulier Artemis-4, devraient se poser au pôle sud et ramener de nombreux échantillons, notamment de glace d’eau. Cela pourrait également permettre de répondre à une autre question fondamentale : celle de l’origine de l’eau terrestre. D’où vient toute cette eau ?

De plus, il ne faut pas perdre de vue que les missions Apollo (ainsi que Luna et Chang’e) n’ont exploré qu’une portion très limitée de la surface lunaire. La question de la représentativité globale des échantillons lunaires reste donc entière.

Huston, on a un problème : Le programme Apollo était une compétition russo-américaine. Celle-ci est sino-américaine. N’est-elle que ça ?

Philippe Lognonné : Les Etats-Unis et la Chine visent, en effet, tous les deux des vols habités se posant sur la Lune d’ici à 2030, et ces deux agences ont lancé plusieurs missions robotiques vers la Lune depuis 2010.

Mais plusieurs autres nations ont lancé ou vont lancer des missions vers la Lune : l’Inde, avec une mission orbitale et un atterrisseur, tous deux avec succès ; la Corée du Sud, avec une mission orbitale ; le Japon, avec trois atterrisseurs, dont un succès ; Israël et la Russie, avec pour chaque une tentative d’atterrissage. Il y a donc un effort international d’exploration de la Lune, en particulier du pôle sud non exploré in situ.

Anne-Catherine : Est-ce qu’Apollo nous a vraiment appris quelque chose ? Ce programme n’avait-il pas uniquement un intérêt politique ?

Frédéric Moynier : Oui, Apollo nous a appris énormément de choses et a même complètement changé notre vision de l’origine de la Lune, de la Terre et, plus généralement, des planètes du Système solaire.

La composition chimique des échantillons d’Apollo a permis d’observer que la Lune était très sèche, pas seulement de par l’absence d’océans, que l’on peut voir de la Terre, mais parce que les roches sont très pauvres en hydrogène. Cet appauvrissement extrême en composés volatils nous a permis de proposer que la Lune a été fortement chauffée lors de sa formation, ce qui est une des conséquences de l’impact géant à l’origine du satellite.

Cet impact géant aurait impliqué un corps de la taille de Mars (environ 10 % de la masse de la Terre) entrant en collision avec la Terre. Une grande partie de la masse de l’impacteur serait restée dans la Terre, tandis qu’une fraction plus faible (de l’ordre de 1 % de la masse terrestre) aurait formé la Lune.

De plus, la comparaison de la composition chimique des roches des mers (les parties sombres) et de la croûte (les parties claires) a permis d’établir que la Lune était complètement fondue après sa formation. Cela a conduit à définir la notion d’océan de magma, un concept complètement nouveau à l’époque.

Aujourd’hui, nous pensons que la plupart des planètes (dont la Terre) ont connu une phase d’océan de magma, qui a eu des conséquences majeures sur leur composition finale (par exemple sur la présence ou l’absence d’eau) et a fortement influencé leur évolution ultérieure.

De plus, Apollo a permis de dater les roches lunaires et, plus largement, la surface de la Lune. Certaines de ces roches sont bien plus anciennes que les plus vieilles roches terrestres : elles nous fournissent donc des informations uniques sur l’âge de la Terre et sur les épisodes d’impacts qui ont marqué les débuts du Système solaire.

Frank : Quels sont les avantages des observations directes et photos des quatre astronautes par rapport aux photos des sondes et satellites artificiels ? Qu’espérons-nous découvrir de nouveau ?

Philippe Lognonné : Les satellites actuellement en orbite autour de la Lune volent à une altitude bien plus basse que la distance la plus faible de survol de la Lune par Artemis-2, 6 545 km. Par exemple, la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA vole à une altitude 100 fois plus faible, et est équipée d’un téléobjectif qui tiendrait difficilement dans la capsule Orion. En revanche, le regard humain peut capter des phénomènes temporels non prévus. Par exemple, la lévitation de poussière lors des levers de soleil sur la Lune, ou des flashs lumineux générés par des impacts de météorites. Le regard humain peut aussi trouver des plans de vue émouvants alors qu’une mission robotique ne fera que suivre sa séquence de commande.

Maggie.sg : C’est peut-être évident mais pourquoi la Lune ne tourne-t-elle pas sur elle-même ?

Frédéric Moynier : La Lune tourne en fait sur elle-même. La Lune présente toujours la même face car elle met le même temps pour tourner sur elle-même qu’elle le fait pour tourner autour de la Terre. Ceci est une des conséquences des effets de marée de la Terre sur la Lune.

Au début, la Lune tournait plus vite et les effets de marée ont ralenti la rotation de la Lune jusqu’à arriver à synchroniser sa rotation. Cela n’est pas un cas spécial et la plupart des satellites des planètes du Système solaire ont une rotation synchrone, présentant toujours la même face à leur planète.

Regard vers les étoiles : Est-ce que la Lune est un astre mort ?

Frédéric Moynier : La Lune n’a plus de volcanisme actif, les roches d’Apollo les plus récentes ont environ 3 milliards d’années. Mais les retours récents d’échantillons par les missions chinoises Chang’e-5 et Chang’e-6 ont trouvé des échantillons beaucoup plus récents, certains de l’ordre de 2 milliards d’années, et même peut-être moins (l’interprétation des âges est encore débattue).

Certains basaltes auraient 125 millions d’années, ce qui est finalement assez récent en termes d’âge géologique, sur des planètes ayant 4,6 milliards d’années. Donc la Lune a eu une certaine activité récemment.

Philippe Lognonné : Plus étonnant, la Lune a aujourd’hui une activité sismique avérée. Lors des missions Apollo, des sismomètres ont été déployés et plusieurs séismes par jour ont été mesurés par ces stations. La plupart ont de faibles magnitudes, entre 2 et 3,5 et sont associés aux forces de marée exercées par la Terre sur la Lune, et ont lieu à une grande profondeur, entre 800 km et 1 000 km. Mais une trentaine de séismes étaient bien plus proches de la surface, à peut-être moins de 50 km pour certains, avec des magnitudes dépassant 4,5 pour les plus gros. Les plus importants de ces séismes pourraient d’ailleurs générer un risque sismique à prendre en compte dans le design de futures bases permanentes lunaires.

Antoine : La récolte d’échantillons ne pourrait-elle pas être réalisée par un robot ? Ça coûterait beaucoup moins cher que d’y envoyer des humains.

Frédéric Moynier : Oui, il est vrai que les échantillons peuvent être ramenés par des robots, les échantillons lunaires ont déjà été collectés avec succès, notamment par les missions Chang’e et Luna. Mais il ne faut pas perdre de vue que les robots ne peuvent couvrir que de très faibles distances et ne ramènent donc des échantillons que de zones très proches de leur site d’atterrissage. On observe d’ailleurs une variété d’échantillons beaucoup plus grande ramenés par les missions Apollo que par les missions Luna à la même époque et les implications scientifiques des missions Apollo ont été beaucoup plus importantes.

Les astronautes, eux, peuvent prendre des décisions sur place et adapter leurs actions à l’environnement, ce qui est difficile à programmer dans un robot. Cela est particulièrement vrai lorsque l’équipe inclut un géologue, comme ce fut le cas lors de la mission Apollo-17, avec la présence de Harrison Schmitt. Cette mission, la dernière de l’ère Apollo, a rapporté une énorme variété d’échantillons, dont certains n’auraient jamais pu être sélectionnés par un robot.

JeanPhilippe 76 : Une sonde soviétique s’est posée au même moment que les premiers pas sur la Lune de Neil Armstrong et Buzz Aldrin. Est-ce que les analyses de cette sonde ont été rendue publiques ?

Frédéric Moynier : Oui, les missions lunaires russes Luna-16, 20 et 24 ont rapporté des échantillons sur Terre (environ 300 grammes). Ces échantillons ont été analysés et les résultats publiés, en particulier dans les années 1970. Ils nous ont donné des informations complémentaires de celles tirées des échantillons d’Apollo.

Curiosity : Qui décide in fine des noms des cratères ou autres formations géologiques dans l’espace ?

Frédéric Moynier : Il s’agit de l’Union astronomique internationale. Elle décide aussi du nom des astéroïdes.

Note du Monde : Les astronautes d’Artemis-2 souhaitent que deux cratères soient baptisés : l’un « Carroll », du nom de la défunte femme du commandant de la mission, Reid Wiseman ; l’autre « Integrity », du nom qu’a donné l’équipage à « son » vaisseau Orion.

Détonnant : Mieux connaître notre satellite a-t-il des conséquences sur une meilleure connaissance d’autres systèmes solaires que le nôtre ?

Frédéric Moynier : Oui, c’est exact. La formation de la Lune nous renseigne sur la formation des planètes du Système solaire, en particulier en montrant l’importance des impacts géants dans l’évolution des corps planétaires.

La compréhension de la genèse de la Lune a donc des conséquences directes sur notre connaissance plus large de la formation du Système solaire. Ensuite, nous pouvons utiliser ces connaissances comme référence pour interpréter ce que nous observons dans d’autres systèmes planétaires, et mieux comprendre la formation et l’évolution des exoplanètes.

Jeff : A quoi pourrait servir l’hélium-3 qui est présent dans le sol lunaire ? Est-ce qu’on envisage d’en ramener sur Terre ?

Philippe Lognonné : L’hélium-3 est un des atomes légers qui pourra être utilisé dans de futures centrales électriques de fusion thermonucléaire. Sur la Lune, l’hélium-3 provient du vent solaire. La Lune n’ayant pas d’atmosphère, ce vent solaire impacte directement la surface lunaire et y est, d’une certaine façon, absorbé. Mais il est possible de faire de la fusion thermonucléaire sans hélium-3, et ces autres processus de fusion sont a priori plus économiques.

Thomas95 : Une fois que nous pourrons faire des voyages sur la Lune de manière régulière, quels types d’expériences seront pratiquées ?

Philippe Lognonné : Comme durant le programme Apollo, des expériences scientifiques seront mises en œuvre à la surface de la Lune pour toutes les missions Artemis.

Cinq expériences ont été sélectionnées par la NASA pour les deux premières missions Artemis, dont une expérience à laquelle le CNES et la communauté française participeront. Il s’agit d’une expérience de sismologie, réalisée avec le Jet Propulsion Laboratory, avec tout à la fois une surveillance de la sismicité de la Lune, afin de déterminer la structure profonde, mais aussi une expérience de sismologie active, réalisée en collaboration avec le Japon, dont un des objectifs est de détecter de la glace d’eau dans la sous-surface lunaire du pôle sud.

Lors des missions Artemis suivantes, après 2030, un gros rover sera déployé, et il sera alors possible aux astronautes de déployer des expériences scientifiques beaucoup plus ambitieuses. Deux projets de détecteurs d’ondes gravitationnelles sont ainsi en développement, aux Etats-Unis et en Europe.

FJR : Comment le vent solaire pourrait-il être la source de l’eau sur la Lune ? Pourquoi ne connaissons-nous pas la source de l’eau sur Terre ? Quelles sont les pistes de réflexion ?

Frédéric Moynier : Le vent solaire est constitué de particules éjectées par le Soleil. Comme le Soleil est principalement composé d’hydrogène et d’hélium, le vent solaire en est également riche, et il contient donc une grande quantité d’hydrogène. En réalité, le vent solaire est ionisé, c’est-à-dire qu’il est essentiellement composé de protons.

Ces protons frappent la surface de la Lune depuis sa formation, il y a plus de 4,4 milliards d’années. Ils s’accumulent à sa surface et réagissent avec l’oxygène déjà présent dans les minéraux lunaires, très abondants, pour former de l’eau.

Sur Terre, le vent solaire a très peu d’effet, car il est dévié par le champ magnétique terrestre, absent sur la Lune. L’origine de l’eau terrestre reste donc liée à d’autres processus : elle peut être primordiale, apportée lors de la formation de la planète par les matériaux initiaux, ou bien la Terre se serait formée sèche et l’eau aurait été apportée ultérieurement par des astéroïdes ou des comètes.

Tduez : La question de la Lune qui ne tourne pas sur elle-même me rappelle celle de ma fille. Pourquoi voit-on parfois la Lune en journée ? Le sujet n’est peut-être pas exactement là mais c’est le début de la curiosité scientifique d’une petite fille de 5 ans (et demi).

Philippe Lognonné : La Lune tourne autour de la Terre en vingt-huit jours environ, alors que la Terre fait un tour sur elle-même en une journée. Il est donc normal que pour nous Terriens, la Lune se lève comme le Soleil à l’est et se couche à l’ouest.

Par contre, ceslevers et couchers de lune ne sont pas synchronisés avec ceux du Soleil. C’est pour cela que la Lune est parfois visible en plein jour, et que d’autres jours elle n’est visible que de nuit. Elle réfléchit alors la lumière du Soleil pour la demi-face tournée vers ce dernier, et c’est cette lumière réfléchie qui nous permet de la voir en plein jour.

Jules Berne : Est-ce que la Lune possède la même composition chimique que la Terre ?

Frédéric Moynier : Alors, à première vue, la réponse est oui. La composition chimique de la Lune est très proche de celle de la Terre. La seule différence majeure est l’extrême appauvrissement de la Lune en éléments dits « volatils », c’est-à-dire des éléments qui s’évaporent facilement ; on pense bien sûr à l’eau, mais cela concerne également des métaux volatils, comme le sodium, le potassium ou le zinc.

Une des découvertes majeures des missions Apollo a été que la Lune ressemblait beaucoup à la Terre, mais avec cette différence essentielle. Cela a conduit aux modèles de formation de la Lune à partir de matériel terrestre (ou d’un mélange de matériel terrestre et de celui de l’impacteur de la taille de Mars, qui se serait homogénéisé). Ensuite, la Lune aurait perdu ses volatils par évaporation, soit lors de l’impact, soit pendant sa phase d’océan de magma, car lorsqu’elle s’est formée, elle était en grande partie fondue.

Olivier44 : Quelle exploitation économique rentable des ressources de la Lune est envisageable à court terme ?

Philippe Lognonné : La glace d’eau sur la Lune est aujourd’hui perçue comme la seule ressource pour laquelle un modèle économique à moyen terme pourrait être bénéficiaire. La principale raison est liée à la faible gravité de la Lune, qui est d’un sixième de celle de la Terre. Il est ainsi paradoxalement plus facile pour une fusée de décoller de la surface de la Lune pour aller fournir de l’hydrogène et de l’oxygène liquide à un satellite en orbite géostationnaire terrestre que de le faire de la Terre.

Mais les quantités d’eau disponibles sur la Lune sont cependant assez faibles : environ une heure de débit de la Seine !

Martin : Est-ce qu’il y a un vrai intérêt dans cette mission ? Nous avons une cartographie exacte de la Lune, la Station spatiale internationale permet de faire des expériences…

Philippe Lognonné : Artemis-2 constitue une préparation essentielle pour les futures missions d’atterrissage sur la Lune, à commencer par Artemis-4. Cette mission prévoit de rapporter de grandes quantités d’échantillons lunaires du pôle Sud, offrant un intérêt scientifique majeur pour mieux comprendre l’origine de la Lune, la présence et l’origine de l’eau lunaire et l’histoire géologique de cette région.

Ensuite, pour les deux missions Artemis-4 et 5, il est prévu de déployer deux sismomètres à la surface lunaire, dont un fourni par le CNES sur Artemis-5, permettant d’étudier la structure interne de la Lune, d’estimer la taille et la composition de son noyau et d’affiner notre modèle de formation du couple Terre-Lune : la Lune s’est, en effet, formée à partir des éjectas formés lors de l’impact de Théia, une planète comparable à Mars, qui est entrée en collision avec la Terre il y a 4,45 milliards d’années environ.

Gémi : La Lune pourrait-elle un jour ne plus être en orbite autour de la Terre ?

Frédéric Moynier : Oui, la Lune s’éloigne de presque 4 cm par an (d’ailleurs la distance est mesurée grâce aux miroirs déposés par Apollo), et donc un jour elle pourrait sortir de l’orbite terrestre. Mais cela ne se produira pas, a priori, avant plusieurs milliards d’années, et probablement pas avant la fin de vie de notre Soleil.

Regard vers les étoiles : Quel est l’endroit qui vous intrigue le plus sur la Lune et pourquoi ?

Frédéric Moynier : L’endroit qui m’intrigue le plus sur la Lune est le pôle Sud, car cette région abrite des cratères en permanence à l’ombre, où l’on pense que de la glace d’eau pourrait être piégée depuis des milliards d’années, offrant des indices précieux sur l’origine de l’eau lunaire et les mécanismes de transport des volatils. Ramener des échantillons d’eau aurait des conséquences importantes sur notre compréhension de l’origine de l’eau lunaire et peut-être aussi terrestre.

Philippe Lognonné : Bien sûr, le pôle Sud. Mais les grands cratères d’impacts sont aussi des structures géologiques extraordinaires, où parfois l’impact a tellement creusé la croûte lunaire que le manteau de la Lune pourrait affleurer au fond du cratère. L’étude d’un tel cratère sera l’objectif de l’expérience de Sismologie FarSide Seismic Suite (FSS), qui se posera dans le bassin de Schrödinger, sur la face cachée de la Lune. Il sera possible d’imager avec les ondes sismiques la structure profonde du cratère, jusqu’à la croûte de la Lune. Cette station, dont le lancement est prévu vers 2030, complétera aussi un réseau sismique international, avec les deux stations sismiques d’Artemis et une station déployée par la Chine, et ce dès cette année pour cette dernière.

Frédéric Moynier : Et un retour d’échantillons du manteau lunaire serait une découverte majeure, car nous n’avons pour l’instant que des échantillons de croûte (l’enveloppe de surface de la Lune) alors que le manteau représente la grande majorité du volume de la Lune et est donc plus représentatif de sa composition globale. Ce retour d’échantillons du manteau lunaire est un des buts des missions au Pôle Sud-Aitken (comme Chang’e-6).

Republié Le Monde, 8 avril 2026