Guess where there is a "sea" but no water ? On la Lune. Des noms de lieux tels que Mare Imbrium, Mare Serenitatis, Mare Tranquillitatis, Mare Crisium, Mare Nubium, Rima Ariadne, Sinus Iridium et Oceanus Procellarum témoignent de la présence d’eau sur la Lune. Cependant, les roches lunaires ramenées par le programme américain Apollo dans les années 1960 étaient extrêmement sèches, plus sèches même que les déserts les plus arides de la Terre. Par conséquent, à part les noms de lieux, la Lune et l’eau ne semblent pas avoir de lien particulier.
Cette conséquence directe rend la possibilité d’établir une base à long terme, voire permanente, sur la Lune très improbable. En effet, l’eau, qui est un vecteur très efficace, facile à utiliser et à stocker pour l’hydrogène et l’oxygène, permettrait de répondre aux besoins quotidiens des humains, de produire du carburant pour les fusées et d’alimenter les systèmes de transport entre la Terre et la Lune. Imaginez un astronaute qui travaille sur la Lune pendant plusieurs jours sans pouvoir prendre une douche ! Sans eau, la construction et l’exploitation d’une base lunaire nécessiteraient de transporter de l’eau depuis la Terre, ce qui serait extrêmement coûteux.
Cependant, à en juger par les résultats actuels, la réponse à l’énigme précédente n’est peut-être pas tout à fait correcte. Contrairement à l’inclinaison de 23,5° de l’axe de la Terre par rapport au plan de l’écliptique, l’inclinaison de l’axe de la Lune par rapport au plan de l’écliptique n’est que d’environ 1,5°. La configuration de l’axe de rotation presque perpendiculaire au plan de l’écliptique fait en sorte que certaines régions des pôles lunaires puissent être dans l’obscurité permanente. La sonde japonaise Kaguya a découvert des zones d’ombre permanente aux pôles lunaires. Là, la température reste autour de 50 K (-223 °C) et ces zones sont appelées « pièges à froid ». En conséquence, la glace d’eau apportée par les météorites sur la Lune s’accumulerait et serait préservée dans ces pièges à froid.
En fait, depuis près d’un demi-siècle, les astronomes débattent de la possibilité de glace sur la Lune. Mais ce n’est que dans les années 1990 que des indices ont commencé à apparaître, et ce, de manière inattendue, dans un environnement encore plus hostile que celui de la Lune : Mercure. À l’époque, les astronomes utilisaient des radars pour explorer la surface de Mercure et recevaient des échos des zones d’ombre permanente des cratères polaires de Mercure. Les caractéristiques de ces échos suggéraient la présence d’une épaisse couche de glace.
Encouragés par cette « bonne » nouvelle, les scientifiques ont installé un radar sur l’orbiteur lunaire américain Clémentine en 1994. Lorsqu’il est passé au-dessus du pôle sud de la Lune, les signaux reçus ont « indiqué » la présence de glace. Cependant, beaucoup de gens ont mis en doute ces résultats.
En 1998, la sonde américaine Lunar Prospector, équipée d’un spectromètre de neutrons, a mesuré l’énergie des neutrons produits par les rayons cosmiques lorsqu’ils percutaient la surface lunaire. Si ces neutrons entraient en collision avec les atomes d’hydrogène de la couche supérieure du sol lunaire, leur vitesse serait considérablement réduite. En mesurant le rapport entre les neutrons rapides et les neutrons lents, il a démontré de manière convaincante que les régions polaires de la Lune sont riches en hydrogène, très probablement issu de la glace mélangée au sol lunaire.
Ces dernières années, la Lune a connu une nouvelle vague d’exploration. Le Lunar Reconnaissance Orbiter américain a découvert que les températures des zones d’ombre permanente des cratères polaires lunaires n’atteignent que -240 °C. Cette température permettrait non seulement de stocker de la glace d’eau ou de l’hydrogène pendant des milliards d’années, mais aussi de faire de ces zones d’ombre permanente les endroits les plus froids du système solaire. Il a également détecté des signaux d’eau dans les cratères près du pôle sud de la Lune, et ces signaux étaient plus forts que prévu.
Par la suite, le Mineralogical Mapper de la sonde indienne Chandrayaan-1 a également découvert des molécules d’eau sur la Lune. Bien que ces molécules d’eau ne soient présentes que dans la couche supérieure de 1 à 2 mm de la surface lunaire, elles sont très répandues et leur signal devient plus fort au fur et à mesure que la latitude augmente.
Les preuves décisives de la présence de glace d’eau dans les zones d’ombre permanentes des cratères polaires lunaires proviennent du satellite actif de la NASA, Lunar Reconnaissance Orbiter. Composé de deux parties, il a mesuré la topographie lunaire en haute résolution et a cartographié la surface de la Lune.Réussi. La majeure partie était constituée du deuxième étage de la fusée « Zenith-5 », tandis qu’une autre partie était constituée de la sonde « Shepard ». Le 9 octobre 2009, la fusée « Zenith » a percuté le cratère Carbió de l’Antarctique lunaire à une vitesse supérieure à 2,4 km/s. La sonde « Shepard » a observé l’événement pendant environ 4 minutes. Lorsque les atomes et les molécules sont stimulés, ils émettent un rayonnement de longueur d’onde spécifique, qui peut être détecté par un spectromètre. Les spectromètres proche infrarouge, visible et ultraviolet de « Shepard » ont détecté les éjectas de l’impact. Le spectromètre infrarouge a détecté des signaux d’eau, tandis que le spectromètre ultraviolet a détecté de l’hydrogène et de l’oxygène. Cette détection a permis de découvrir 95 litres d’eau. Ce chiffre n’est que la limite inférieure de la quantité totale d’eau présente dans le cratère. Des analyses ultérieures ont révélé la présence d’encore plus de glace d’eau sur le site.