Le meilleur endroit sur la Lune pour bâtir des cités souterraines

Sur la Lune, la température peut monter jusqu'à 127 °C le jour -- qui dure l'équivalent de 15 jours terrestres. Et descendre jusqu'à -173 °C la nuit -- qui dure aussi environ 15 jours terrestres. Des conditions extrêmes que les futurs colons humains pourraient bien ne pas avoir à affronter. Se basant pour des données renvoyées par la mission Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO, Nasa) et des modélisations informatiques, des chercheurs de la Nasa avancent en effet qu'il pourrait exister sur la Lune, des dépressions thermiquement stables. Des sites dans lesquels la température resterait en permanence autour de 17 °C.

Les dépressions dont il est question ici ont été découvertes en 2009. Au moins 16 des plus de 200 déjà observées depuis correspondraient à des tunnels de lavetunnels de lave -- qui se forment après disparition d'une coulée de lave -- effondrés. Et deux des plus importantes -- voire trois -- semblent mener directement vers des sortes de grottes dans lesquelles la température serait également remarquablement stable et qui pourrait en plus offrir aux futurs colons un abri contre les radiations nocives notamment.

« Sur Terre, les êtres humains ont d'abord vécu dans des grottes », souligne David Paige, le responsable des mesures de températures réalisées à partir des données de LRO, dans un communiqué de la Nasa. « Nous pourrions y revenir à l'occasion de l'exploration de la Lune ». Cela permettrait d'économiser l'énergie nécessaire autrement à chauffer ou à rafraîchir les futures bases.

Ici, la dépression de Marius Hills vue par la mission Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO, Nasa) avec trois éclairages très différents. Au centre, avec le Soleil au-dessus, pour une vue imprenable sur le sol. La dépression a une profondeur d’environ 34 mètres et une largeur de 65 sur mètres. © Nasa, GSFC, Université de l’État de l’Arizona

De la vie dans les tunnels de lave

Sur Terre, des chercheurs de l’université de Caroline du Sud (États-Unis), notamment, viennent d'ailleurs de découvrir, dans des tunnels de lave creusés sur l'île d'Hawaï -- fraîchement pour les uns, il y a moins de 400 ans pour les autres et il y a entre 500 et 800 ans pour les derniers --, une quantité stupéfiante de microbes. Parfois même des microbes encore inconnus. Des populations bien plus diversifiées sur les sites les plus anciens. Peut-être parce qu'il faut un certain temps aux microbes pour coloniser les basaltesbasaltes volcaniques qui tapissent les tunnels de lave.

Mais les chercheurs notent que plusieurs classes de bactériesbactéries, comme Chloroflexi et Acidobacteria, sont présentes sur presque tous les sites étudiés. Ils parlent d'espècesespèces « hubhub », car elles semblent rassembler autour d'elles d'autres microbes. Peut-être parce qu'elles sont capables d'exploiter le peu d'énergie solaire qui pénètre dans ces tunnels de lave pour servir de source de carbonecarbone à d'autres. Une hypothèse qui devra encore être vérifiée.

Les biofilms verts et violets, et les tapis microbiens sont courants dans les sites géothermiquement actifs de l’île d’Hawaï. © Stuart Donachie, Université d’Hawaï

Sur les sites encore géothermiquement actifs ou éteints depuis moins de 400 ans, les chercheurs ont, de manière un peu étonnante, observé des interactions bien plus complexes qu'ailleurs entre les microbes. Sans doute parce que leur plus faible diversité et densité les incitent à collaborer pour survivre. L'occasion en tout cas, pour les chercheurs, de se rappeler que les microbes se développent rarement isolément. Ils grandissent, vivent et interagissent avec de nombreux autres micro-organismesmicro-organismes. D'où l'utilité de les étudier en coculture. Pour comprendre comment ces interactions affectent le rôle de chacun dans la communauté.

Alors que ces travaux éclairent comment la vie a pu se développer sur notre Terre primitive, ils intéressent aussi particulièrement ceux qui cherchent des traces de vie ailleurs. Sur la planète Mars, par exemple.

Les tunnels de lave géants sur la Lune et Mars sont les meilleurs endroits pour construire des villes

Une récente étude renforce l'idée selon laquelle les tunnels de lave présents sous la surface de Mars et de la Lune constitueraient un excellent abri pour les futurs explorateurs spatiaux.

Article de Emma HollenEmma Hollen paru le 30/08/2020

Tunnel de lave en Corée du Sud. © tuomaslehtinen, Adobe Stock

Bien que les surfaces lunaires et martiennes aient déjà été abondamment photographiées et cartographiées, nous savons encore bien peu de choses quant à leur géographie souterraine. Leur volcanismevolcanisme passé laisse présumer que ceux-ci cacheraient des réseaux de tunnels de lave similaires à ceux présents sur Terre. Cette intuition a été consolidée par la découverte de dépressions dans les mers lunaires - résultats de l'effondrementeffondrement de telles structures -, puis confirmée par des relevés gravimétriques et radar.

Un voyage à travers les tunnels de lave de Lanzarote, en Espagne © Esa

De gigantesques tunnels souterrains

Les tunnels de lave se forment lorsqu'une coulée volcanique se refroidit assez en surface pour former une croûtecroûte solidesolide, tandis que son cœur demeure liquideliquide. Lorsque ce tunnel n'est plus alimenté, il se vide pour former une cavité durable. Sur Terre, les tunnels de laves n'atteignent généralement que quelques mètres de diamètre et s'étendent sur plusieurs kilomètres de distance. Mais il en va tout autrement sur d'autres corps célestes comme Mars, la Lune, ou VénusVénus, ou ceux-ci peuvent mesurer plusieurs centaines voire milliers de mètres de diamètre et se prolonger sur des dizaines de kilomètres, ainsi que le révèle une nouvelle étude, publiée dans la revue Earth-Science Reviews.

Un puit à ciel ouvert à la surface de la Lune débouchant sur des tunnels de lave. © Nasa, Lunar Reconnaissance Orbiter Camera (LROC), Science Operations Center (SOC)

Un abri pour les futurs explorateurs

Si personne n'a pour l'instant pour idée de poser le pied sur la brûlante surface vénusienne (environ 465 °C, préparez le ventilateur et les bouteilles d'eau), la Planète rouge et notre satellite naturel, en revanche, font l'objet de plus d'un projet d'exploration humaine. Les dimensions titanesques de ces tunnels de lave, capables de protéger les astronautesastronautes et les installations contre les radiations, les tempêtestempêtes de sablesable et les variations extrêmes de température, en font un repère idéal pour les explorateurs de demain. « Les analyses démontrent que, hormis les effondrements provoqués par des impacts ou la tectonique, la plupart des tunnels lunaires pourraient être intacts, faisant de la Lune une destination extraordinaire pour l'exploration souterraine et une possible colonisation des espaces protégés et stables que sont les tunnels de lave », écrivent les chercheurs dans leur étude.

Sysnova, un projet de robot d'exploration des tunnels de lave sous la surface de la Lune. © ESA

Leurs données indiquent également qu'en dépit des dépressions découvertes à la surface de la Lune, le toittoit des tunnels lunaires étudiés ne présenteraient pas de risque d'effondrement, ce notamment grâce à la faible gravitégravité sur place. « Les tunnels de lave martiens et lunaires sont si gigantesques qu'ils pourraient contenir le cœur d'une ville de taille intermédiaire. Sur la Lune, leur volumevolume peut dépasser un milliard de mètres cube pour plus d'un kilomètre de diamètre, soit la largeur du Central Park à New York, commente Riccardo Pozzobon, co-auteur. Malgré ces dimensions imposantes, ils demeurent stables et la plupart sont encore intacts ».

Exploration humaine de la Lune : des tubes de lave géants pourraient accueillir une ville

Article de Laurent SaccoLaurent Sacco, publié le 23 décembre 2016

Avec son faible champ de gravité, la Lune pourrait abriter des tubes de lave larges de plusieurs kilomètres. C'est que prédisaient certains, notamment des chercheurs de l'université de Purdue. Véritables boucliers contre les radiations, ces refuges feraient de bons habitats pour des colons lunaires. La même équipe vient d'annoncer en avoir trouvé dans les collines de Marius, grâce au radar de la sonde japonaise Kaguya. Retour sur cette hypothèse que Futura présentait en décembre dernier.

Déjà en 1969, un groupe de spécialistes en géosciences avait suggéré que plusieurs des crevasses lunaires parfois longues de plusieurs centaines de kilomètres pouvaient être des tunnels de lave effondrés comme ceux que l'on rencontre sur l'île d'Hawaï ou en Islande, et qui sont laissés en place par un fleuve de matièrematière en fusionfusion dont le niveau a baissé lorsque l'éruption lui ayant donné naissance s'est arrêtée. Certaines de ces rainures lunaires avaient plusieurs kilomètres de large. Les calculs de l'époque indiquaient que des tubes de lave ne pouvaient pas être stables au-delà de 400 m de large. Mais les données provenant de l'étude du champ de gravitationgravitation de la Lune ainsi que les images plus récentes obtenues par des missions telles que Grail (Gravity Recovery And Interior Laboratory), Selene et LRO suggèrent la présence de tubes de lave stables de tailles kilométriques.

Un groupe de chercheurs de l'université de Purdue, aux États-Unis, vient donc de revisiter le sujet dans un article publié dans le journal Icarus. Ils sont arrivés à la conclusion que des tunnels de lave pouvant atteindre entre un et cinq kilomètres de large pouvaient parfaitement exister sans s'effondrer. Sur Terre, ils ne pourraient avoir que 30 m de large, car la gravité est plus forte.

Ces tubes de lave lunaire, vestiges d'une période où la Lune était volcaniquement bien plus active (elle l'est peut-être encore un peu aujourd'hui), pourraient rester stables alors que leurs plafonds n'auraient que deux mètres d'épaisseur.

Des cavernes lunaires pour protéger une biosphère des rayons cosmiques

Ces tubes sont très intéressants pour ceux qui rêvent d'établir d'importantes colonies lunaires. Notre satellite n'a ni atmosphèreatmosphère ni magnétosphèremagnétosphère protégeant sa surface des rayons cosmiquesrayons cosmiques, notamment lors des tempêtes solaires. Des colons ont donc tout intérêt à vivre sous le sol lunaire pour se protéger de conséquences d'une exposition à long terme à ces radiations. Il a d'ailleurs été proposé d'utiliser le régolitherégolithe lunaire pour fabriquer une sorte de bétonbéton recouvrant les modules de survie des astronautes. Ces tubes pourraient donc faciliter l'implantation d'une base lunaire permanente, car ils offriraient des protections déjà en place pour le déploiement, par exemple, d'une biosphèrebiosphère en réduction de grande taille (il se poserait néanmoins le problème de l'éclairage des végétaux à faire pousser).

Les calculs montrent qu'un tube de lave de largeur kilométrique et ayant au moins des parois de 40 à 500 m d'épaisseur serait protégé des amplitudes de variation de la température à la surface de la Lune et resterait stable à environ -20 °C. Reste qu'il faudrait probablement trouver de telles structures volcaniques non loin des cratères lunaires situés aux pôles lunaires, là où il y a de bonnes raisons de penser que des gisementsgisements de glace d'eau sont présents. Il est possible de fabriquer de l'oxygène à partir de certaines roches lunaires chauffées grâce à l'énergie solaire, mais pour l'eau, c'est une autre histoire. Or, il en faudra pour une population humaine importante se nourrissant à partir d'une biosphère en réduction.