University of Luxembourg
Le "LunaLab" dans le bâtiment SnT simule les conditions lunaires pour tester par exemple la navigation des Moon Rovers
Pas moins de trois ateliers et deux cafés scientifiques sur le thème de l’espace se tiendront lors de l’édition de cette année des Researchers’ Days. Comment les rovers lunaires sont-ils utilisés pour explorer la Lune ? La Lune pourra-t-elle un jour servir d’escale pour d’autres voyages plus loin dans l’espace ? Nous nous sommes entretenus avec les chercheurs qui préparent deux de ces ateliers.
Qu’est-ce que les Researchers’ Days ?
Le samedi 26 novembre, la Rockhal se transformera en un gigantesque laboratoire de recherche. Dans plus de 30 ateliers pratiques, des chercheurs et des institutions te feront découvrir leur travail scientifique. Nous t’invitons chaleureusement à venir toucher, tester et expérimenter !
Quand ? Le 26 novembre de 10 à 19 h
Où ? À la Rockhal à Esch/Belval
Entrée ? C’est gratuit !
Qu’est-ce que les rovers lunaires et comment sont-ils pilotés depuis la Terre ?
Les rovers lunaires sont des robots utilisés pour explorer la Lune. Ils sont contrôlés à distance depuis la Terre à l’aide d’ordinateurs et de satellites. Les caméras 360° dont les rovers lunaires sont équipés renvoient des images vers la Terre et sont utilisées pour la navigation.
Contrôler les rovers peut toutefois s’avérer compliqué, car il y a un décalage d’environ cinq secondes dans la communication entre la Terre et la Lune. Chaque commande envoyée à un rover lunaire n’y arrive que 2,5 secondes plus tard. La transmission sur Terre des images prises par la caméra du rover lunaire met encore plus de temps. « Il faut donc anticiper un peu. Si vous vous dirigez vers une pierre, par exemple, vous devez envoyer l’ordre pour la contourner quelques secondes avant », explique Loïck Chovet, doctorant à l'Université du Luxembourg.
Pour leur atelier « Moon Rover Sensation » qui aura lieu lors des Researchers' days Dave van der Meer, doctorant à l'Université du Luxembourg, et son équipe ont prévu deux activités différentes.
La première est un jeu vidéo où les joueurs doivent piloter ensemble une fusée. La difficulté réside dans la communication entre les joueurs, car plus la fusée s’éloigne de la Terre, plus le décalage temporel augmente.
Dans le cadre de la deuxième activité, les visiteurs peuvent essayer de piloter un rover lunaire depuis la Terre. Dave et son équipe mettront à la disposition des visiteurs un rover que ces derniers devront guider à travers un parcours d’obstacles – et cela aussi avec un décalage temporel.
Comment ce décalage se produit-il ?
« Même si les ondes radio que nous utilisons pour communiquer entre la Terre et la Lune se déplacent à la vitesse de la lumière, elles arrivent avec un certain retard sur la Lune. La raison en est l’énorme distance qui sépare la Terre de la Lune », explique Loïck Chovet.
« Les ondes radio mettent 1,2 seconde pour atteindre directement la Lune », précise Dave van der Meer, doctorant à l'Université du Luxembourg. « Mais comme la communication se fait généralement par l’intermédiaire de différentes antennes de retransmission (de la station terrestre à une antenne, à un satellite, puis vers la surface lunaire), la durée en est encore un peu plus prolongée. Le délai dépend également de la distance entre la Terre et la Lune, qui varie au cours de l'année. Au total, quelque cinq secondes s’écoulent donc entre l’ordre que nous émettons et le moment où nous recevons les images du rover lunaire et où nous voyons ce qu’il fait. »
Quelle est la mission des rovers lunaires sur la Lune ?
« Les rovers sont utilisés pour explorer la surface lunaire. Pour l’instant, il s’agit surtout d’explorer si et, le cas échéant, où il y a des matières premières qui pourraient nous être utiles. Certains rovers sont également équipés de bras pour ramasser des objets et de capteurs pour analyser des matériaux. Ils peuvent prendre des images multispectrales, par exemple, qui leur permettent d’analyser la composition d'une roche. Ils envoient ensuite ces données sur Terre. À l’avenir, les rovers lunaires seront probablement aussi capables de prélever des échantillons de sol et de roche et de les renvoyer sur Terre », explique Dave van der Meer.
Pourquoi cherchons-nous des matières premières sur la Lune ?
Il y a un certain nombre de matières premières importantes sur la Lune qui peuvent nous être très utiles. Citons, à titre d’exemple, les isotopes de l’hélium. Ce sont des formes spécifiques de l’élément chimique hélium que nous pourrions utiliser pour la fusion nucléaire.
« La fusion nucléaire permet de générer des quantités d'énergie bien plus importantes que la fission nucléaire, actuellement utilisée dans les centrales nucléaires. Un autre avantage majeur est que la fusion nucléaire ne produit pas de déchets radioactifs », explique Dave.
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Lors de la fission nucléaire dans les centrales nucléaires, les atomes d’uranium sont divisés en atomes de plus petite taille. Cela génère une grande quantité d'énergie, mais aussi des déchets radioactifs. La fusion nucléaire, en revanche, consiste à faire fusionner des isotopes d’hydrogène et d’hélium pour former de l'hélium. Ces atomes ont le même nombre de protons et d’électrons que l’eau et l’hélium, respectivement, mais ils diffèrent par le nombre de neutrons . Résultat : une quantité d’énergie bien plus importante sans déchets radioactifs, car l'hélium est un atome stable. Ce processus se déroule aussi dans notre soleil, qui brille et réchauffe notre planète grâce à la grande quantité d’énergie qu’il libère en permanence.
« Une autre ressource naturelle que nous pourrions utiliser est l’eau. Nous en avons trouvé sur la Lune récemment. Nous pourrions transformer cette eau en hydrogène, qui constitue un bon carburant pour les satellites. Il faudrait en effet beaucoup moins d’énergie pour mettre l’eau de la Lune en orbite que l’eau de la Terre. Cela s’explique par la gravité plus importante sur la Terre que sur la Lune. »
Outre le décalage temporel, la communication avec les rovers lunaires présente-t-elle d’autres défis ?
« Le décalage temporel est un problème que nous pouvons résoudre assez facilement », explique Dave. « Le principal défi sur la Lune réside dans les conditions lumineuses extrêmes. Étant donné que la Lune est dépourvue d’atmosphère, la lumière du soleil ne peut pas être réfléchie par les particules de l'atmosphère comme c'est le cas sur Terre. Il y fait donc soit très sombre, soit très clair. Par conséquent, les rovers se déplacent de zones d’ombre très sombres à des zones de soleil très claires. Les caméras des rovers lunaires ne sont donc pas toujours en mesure de prendre des images à contraste élevé. »
Combien de rovers lunaires y a-t-il actuellement sur la Lune ?
« Actuellement, il y a cinq rovers lunaires sur la Lune, mais un seul d’entre eux est encore actif, à savoir Yutu-2. Les nuits sur la Lune durent 14 jours et les températures peuvent atteindre -170 °C, des conditions que la plupart des batteries ne supportent pas longtemps. Il y a par ailleurs déjà quelques rovers lunaires sur Mars », affirme Dave.
Abandonne-t-on simplement les rovers lunaires défectueux sur la Lune ?
« Pour l’instant, on les y laisse, en effet. À l’avenir, toutefois – lorsque les êtres humains seront en mesure de rester plus longtemps sur la Lune – les rovers lunaires pourraient être réparés ou réutilisés », explique Dave. « Mais pour pouvoir le faire, nous devons d’abord construire une base lunaire. »
Loïck Chovet (photo de gauche) est le co-organisateur de l'atelier "Moon Rover Sensation". Xiao Li (à droite) participera également à l'atelier lors des Researchers' Days.
Pourquoi serait-il si important de disposer d’une base sur la lune ?
Le plus long séjour sur la Lune a eu lieu lors de la mission Apollo 17 en 1972 et a duré environ 75 heures. À l’époque, il n’y avait pas suffisamment d’oxygène pour y rester davantage. S’il y avait une base sur la Lune, les gens pourraient rester plusieurs semaines ou plusieurs mois sur la Lune, ce qui présenterait plusieurs avantages.
« Une base lunaire faciliterait l’exploration de la Lune ainsi que la recherche et le traitement des matières premières », explique Olivia Borgue, chercheuse à l'Université du Luxembourg. « À l’heure actuelle, seuls les rovers lunaires peuvent le faire, mais ils sont difficiles à piloter. Si les êtres humains pouvaient y vivre un certain temps, ils pourraient prélever des échantillons et les analyser directement sur site, et les explorer davantage si nécessaire. Une base lunaire ouvrirait en outre beaucoup de nouvelles possibilités. À l’avenir, une base lunaire pourrait aussi servir d’escale pour une mission habitée vers Mars. »
Une base lunaire pourrait ressembler à cela :
© AdobeStock
Quels sont les défis inhérents à la construction d’une base lunaire ?
Plusieurs années seront peut-être encore nécessaires avant que nous puissions mettre en place une base opérationnelle et autonome sur la Lune. Les experts doivent en effet encore relever un certain nombre de défis.
« Les forces physiques qui règnent sur la Lune sont différentes de celles ici sur Terre », explique Olivia Borgue. « Tout d’abord, il y a la gravité, qui est considérablement plus faible sur la Lune que sur la Terre. Cela affectera toute la construction. À cela s’ajoutent les fortes fluctuations de température : les matériaux de construction utilisés doivent pouvoir résister aussi bien à des températures de -170 °C la nuit qu’à des températures pouvant atteindre +130 °C en journée. Nous sommes aussi encore à la recherche de matériaux qui existent peut-être déjà sur la Lune. Il serait bien trop onéreux d’y transporter tout depuis la Terre. C’est pourquoi une base lunaire doit aussi fonctionner de manière autonome, sans qu’il faille l’approvisionner en permanence depuis la Terre. Ensuite, nous avons besoin de quantités suffisantes d’eau sur la Lune et devons produire nous-mêmes de l'énergie. Il faudrait aussi cultiver des aliments là-haut. Et il ne s’agit là que de quelques-uns des nombreux défis auxquels nous sommes confrontés. »
Que peut-on faire dans le cadre de l’atelier « Design your own Moon Camp » ?
Dans une première activité, les visiteurs peuvent concevoir une base lunaire en groupe : de quoi une base lunaire doit-elle absolument être équipée ? D’un laboratoire ? D’une serre ? Comment puis-je réduire au maximum la consommation de ressources ? Dans une deuxième activité, les visiteurs peuvent découvrir, à l’aide d’un circuit de billes, quels effets physiques des forces comme la gravité ou le frottement ont sur des objets ici sur Terre. Ils ont ensuite la possibilité de discuter avec les scientifiques dans quelle mesure ces forces ont des effets différents sur la Lune.
La construction d’une base lunaire est-elle déjà prévue ?
En 2025, la NASA prévoit de lancer la mission Artemis III en collaboration avec l’Agence spatiale européenne (ESA), l’Agence d’exploration aérospatiale japonaise (JAXA) et l’Agence spatiale canadienne (ASC). Cette mission a pour objectif d’entamer les travaux de construction d’une base lunaire. Selon la NASA, la base sera aménagée de façon très élémentaire dans un premier temps et permettra des séjours d'une à deux semaines. L’objectif est ensuite d’agrandir progressivement la base, de sorte qu’elle puisse accueillir des missions d’une durée allant jusqu’à deux mois.
« Malgré les innombrables défis, une base lunaire entièrement fonctionnelle, dans laquelle des personnes pourraient vivre pendant quelques mois, pourrait voir le jour d’ici 20 à 30 ans », explique Olivia Borgue.
Mais la Russie et la Chine ont également uni leurs forces pour faire concurrence à la mission Artemis. En 2027, un atterrisseur chinois devrait commencer à construire une telle base. Une nouvelle course vers la Lune a donc commencé après plus de 50 ans – et la recherche demeure passionnante.
Comment votre recherche contribue-t-elle à relever ces défis ?
Dave van der Meer travaille sur un logiciel qui permet de créer une carte 3D de la Lune. « Pour l’instant, nous nous appuyons uniquement sur les images que nous recevons des caméras des rovers lunaires. Celles-ci sont malheureusement très imprécises, notamment en raison des conditions lumineuses et du décalage temporel évoqués précédemment. Il est plus judicieux d'établir une carte 3D afin de savoir exactement où se trouvent les cratères ou même les petits rochers. Cela facilitera considérablement le pilotage des rovers lunaires. »
Loïck Chovet est en train de développer une méthode visant à faciliter la communication entre les rovers lunaires de différentes entreprises ou différents gouvernements afin qu'ils puissent se faire confiance et échanger des données. « Nous espérons que cette démarche nous évitera de devoir envoyer une multitude de robots sur la Lune et qu’elle nous permettra d’utiliser ceux qui existent déjà plus efficacement et à différentes fins. »
Olivia Borgue et son groupe de recherche travaillent sur la conception de missions spatiales. « Nous examinons entre autres les questions suivantes : comment, quand et pourquoi souhaitons-nous atteindre la Lune et y mettre en place une base lunaire ? Quels modules cette base devrait-elle contenir ? Combien d’astronautes doit-elle pouvoir accueillir et quels seront les besoins en énergie, en nourriture, en eau et en air ? Quelles analyses allons-nous effectuer sur la Lune ? »
Si tu souhaites en savoir plus sur le travail de ces chercheurs et les rencontrer en personne, rends-toi aux Researchers’ Days le 26 novembre à la Rockhal ! Les chercheurs encadreront tous eux-mêmes les ateliers et se réjouissent de pouvoir discuter avec toi de leur domaine de recherche.
Auteure : Lucie Zeches (FNR)
Éditeurs : Michèle Weber (FNR), Melanie Reuter (FNR), Joseph Rodesch (FNR)
Traduction : Nadia Taouil (t9n)
Lors des Researchers' Days, tu auras l'occasion d'essayer plus de 30 ateliers interactifs de ce type. Ici, tu as un aperçu de tous les ateliers sur le thème de l'espace :
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Dave van der Meer (photo) est doctorant au Centre interdisciplinaire pour la sécurité, la fiabilité et la confiance (SnT) et travaille au département de robotique spatiale. Avec Loïck Chovet, également doctorant dans le même département (photo ci-dessous), ils organisent l'atelier "Moon Rover Sensation" lors des Researchers' Days.
Olivia Borgue est chercheuse au SnT et travaille au sein du Space Systems Engineering Research Group (SpaSys). Elle organise l'atelier "Build your own mooncamp" lors des Researchers' Days.
