QU'EST-CE QUE MOON MINING?

Send

Depuis que nous avons commencé à envoyer des missions en équipage sur la Lune, les gens rêvent du jour où nous pourrions un jour la coloniser. Imaginez, une colonie sur la surface lunaire, où tout le monde ne se sent constamment qu'environ 15% aussi lourd qu'ici sur Terre. Et pendant leur temps libre, les colons peuvent faire toutes sortes de superbes recherches à travers la surface dans des rovers lunaires. Je dois l'admettre, ça a l'air amusant!

Plus récemment, l'idée de prospection et d'exploitation sur la Lune a été proposée. Cela est dû en partie à la reprise de l'exploration spatiale, mais aussi à l'essor des sociétés aérospatiales privées et de l'industrie NewSpace. Avec les horaires des missions sur la Lune pour les années et les décennies à venir, il semble logique de penser à la façon dont nous pourrions également y installer des industries minières et autres?

Méthodes proposées:

Plusieurs propositions ont été faites pour établir des opérations minières sur la Lune; d'abord par des agences spatiales comme la NASA, mais plus récemment par des intérêts privés. Beaucoup des premières propositions ont eu lieu au cours des années 1950, en réponse à la course à l'espace, qui a vu une colonie lunaire comme un résultat logique de l'exploration lunaire.

Par exemple, en 1954, Arthur C. Clarke a proposé une base lunaire où les modules gonflables étaient recouverts de poussière lunaire pour l'isolation et les communications étaient assurées par un mât radio gonflable. Et en 1959, John S. Rinehart - le directeur du Mining Research Laboratory de la Colorado School of Mines - a proposé une base tubulaire qui «flotterait» à travers la surface.

Depuis ce temps, la NASA, l'armée et l'armée de l'air américaines et d'autres agences spatiales ont émis des propositions pour la création d'un règlement lunaire. Dans tous les cas, ces plans contenaient des allocations pour l'utilisation des ressources afin de rendre la base aussi autosuffisante que possible. Cependant, ces plans étaient antérieurs au programme Apollo et ont été largement abandonnés après sa conclusion. Ce n'est qu'au cours des dernières décennies que des propositions détaillées ont de nouveau été faites.

Par exemple, pendant l'administration Bush (2001-2009), la NASA a envisagé la possibilité de créer un «avant-poste lunaire». Conformément à leur Vision for Space Exploration (2004), le plan prévoyait la construction d'une base sur la Lune entre 2019 et 2024. L'un des aspects clés de ce plan était l'utilisation de techniques ISRU pour produire de l'oxygène à partir du régolithe environnant.

Ces plans ont été annulés par l'administration Obama et remplacés par un plan pour une mission Mars Direct (connue sous le nom de "Journey to Mars" de la NASA). Cependant, lors d'un atelier en 2014, des représentants de la NASA ont rencontré le généticien de Harvard George Church, Peter Diamandis de la X Prize Foundation et d'autres experts pour discuter des options peu coûteuses de retour sur la Lune.

Les documents de l'atelier, qui ont été publiés dans un numéro spécial de Nouvel espace, décrivent comment une colonie pourrait être construite sur la Lune d'ici 2022 pour seulement 10 milliards USD. Selon leurs articles, une base à faible coût serait possible grâce au développement de l'activité de lancement spatial, à l'émergence de l'industrie NewSpace, à l'impression 3D, aux robots autonomes et à d'autres technologies récemment développées.

En décembre 2015, un symposium international intitulé «Lune 2020-2030 - Une nouvelle ère d'exploration humaine et robotique coordonnée» a eu lieu au Centre européen de recherche et de technologie spatiales. À l'époque, le nouveau directeur général de l'ESA (Jan Woerner) a exprimé le désir de l'agence de créer une base lunaire internationale utilisant des travailleurs robotiques, des techniques d'impression 3D et l'utilisation des ressources in situ.

En 2010, la NASA a créé le Robotic Mining Competition, un concours incitatif annuel où les étudiants universitaires conçoivent et construisent des robots pour naviguer dans un environnement martien simulé. L'un des aspects les plus importants de la compétition est la création de robots qui peuvent s'appuyer sur ISRU pour transformer les ressources locales en matériaux utilisables. Les applications produites sont également susceptibles d'être utiles lors de futures missions lunaires.

D'autres agences spatiales ont également des plans pour des bases lunaires dans les prochaines décennies. L’agence spatiale russe (Roscosmos) a émis des plans pour construire une base lunaire dans les années 2020, et l’Agence spatiale nationale chinoise (CNSA) a proposé de construire une telle base dans un délai similaire, grâce au succès de son programme Chang’e.

Et l'industrie NewSpace a également produit récemment des propositions intéressantes. En 2010, un groupe d'entrepreneurs de la Silicon Valley s'est réuni pour créer Moon Express, une entreprise privée qui prévoit d'offrir des services commerciaux de transport robotique lunaire et de données, ainsi que l'objectif à long terme d'exploiter la Lune. En décembre 2015, ils sont devenus la première entreprise en lice pour le prix Lunar X à construire et tester un atterrisseur robotique - le MX-1.

En 2010, Arkyd Astronautics (renommée Planetary Resources en 2012) a été lancée dans le but de développer et de déployer des technologies pour l'exploitation des astéroïdes. En 2013, Deep Space Industries a été créée dans le même but. Bien que ces entreprises se concentrent principalement sur les astéroïdes, l'attrait est à peu près le même que l'exploitation minière lunaire - qui étend la base de ressources de l'humanité au-delà de la Terre.

Ressources:

Sur la base de l'étude des roches lunaires, rapportées par les missions Apollo, les scientifiques ont appris que la surface lunaire est riche en minéraux. Leur composition globale dépend de si les roches provenaient de maria lunaire (grandes plaines basaltiques sombres formées d'éruptions lunaires) ou des hautes terres lunaires.

Les roches obtenues à partir de maria lunaire présentaient de grandes traces de métaux, avec 14,9% d'alumine (Al²O³), 11,8% d'oxyde de calcium (chaux), 14,1% d'oxyde de fer, 9,2% de magnésie (MgO), 3,9% de dioxyde de titane (TiO²) et 0,6% de sodium oxyde (Na²O). Ceux obtenus à partir des hauts plateaux lunaires sont de composition similaire, avec 24,0% d'alumine, 15,9% de chaux, 5,9% d'oxyde de fer, 7,5% de magnésie et 0,6% de dioxyde de titane et d'oxyde de sodium.

Ces mêmes études ont montré que les roches lunaires contiennent de grandes quantités d'oxygène, principalement sous forme de minéraux oxydés. Des expériences ont été menées qui ont montré comment cet oxygène pouvait être extrait pour fournir aux astronautes de l'air respirable et pouvait être utilisé pour fabriquer de l'eau et même du carburant pour fusée.

La Lune contient également des concentrations de métaux des terres rares (REM), qui sont attrayantes pour deux raisons. D'une part, les REM sont de plus en plus importants pour l'économie mondiale, car ils sont largement utilisés dans les appareils électroniques. En revanche, 90% des réserves actuelles de REM sont contrôlées par la Chine; ainsi, avoir un accès régulier à une source extérieure est considéré par certains comme une question de sécurité nationale.

De même, la Lune contient des quantités importantes d'eau contenues dans son régolithe lunaire et dans les zones ombragées de façon permanente dans ses régions polaires nord et sud.Cette eau serait également précieuse comme source de carburant pour fusée, sans parler de l'eau potable pour les astronautes.

De plus, les roches lunaires ont révélé que l'intérieur de la Lune peut également contenir d'importantes sources d'eau. Et à partir d'échantillons de sol lunaire, il est calculé que l'eau adsorbée pourrait exister à des concentrations infimes de 10 à 1000 parties par million. Au départ, c'était bien que les concentrations d'eau dans les roches lunaires étaient le résultat d'une contamination.

Mais depuis ce temps, plusieurs missions ont non seulement trouvé des échantillons d'eau sur la surface lunaire, mais ont révélé des preuves d'où elle provenait. Le premier était le Chandrayaan-1 mission, qui a envoyé un impacteur à la surface lunaire le 18 novembre 2008. Au cours de sa descente de 25 minutes, l'explorateur de composition altitudinale (CHACE) de la sonde d'impact a trouvé des traces d'eau dans la mince atmosphère de la Lune.

En mars 2010, l'instrument Mini-RF à bord Chandrayaan-1 découvert plus de 40 cratères assombris en permanence près du pôle nord de la Lune qui contiendraient jusqu'à 600 millions de tonnes (661,387 millions de tonnes américaines) de glace d'eau.

En novembre 2009, la sonde spatiale LCROSS de la NASA a fait des découvertes similaires autour de la région polaire méridionale, en tant qu'élément de frappe qu'elle a envoyé à la surface du matériel projeté comme contenant de l'eau cristalline. En 2012, des relevés menés par le Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) ont révélé que la glace représente jusqu'à 22% des matériaux sur le fond du cratère Shakleton (situé dans la région polaire sud).

Il a été théorisé que toute cette eau était fournie par une combinaison de mécanismes. D'une part, des bombardements réguliers par des comètes aquifères, des astéroïdes et des météorites sur des échelles de temps géologiques auraient pu en déposer une grande partie. Il a également été avancé qu'il était produit localement par les ions hydrogène du vent solaire se combinant avec des minéraux contenant de l'oxygène.

Mais le produit le plus précieux à la surface de la Lune pourrait être l'hélium-3. L'hélium-3 est un atome émis par le Soleil en grandes quantités et est un sous-produit des réactions de fusion qui se produisent à l'intérieur. Bien qu'il y ait peu de demande d'hélium-3 aujourd'hui, les physiciens pensent qu'ils serviront de combustible idéal pour les réacteurs à fusion.

Le vent solaire du Soleil transporte l’hélium-3 loin du Soleil et le fait pénétrer dans l’espace - éventuellement hors du système solaire. Mais les particules d'hélium-3 peuvent s'écraser sur des objets qui se mettent sur leur chemin, comme la Lune. Les scientifiques n'ont pu trouver aucune source d'hélium-3 ici sur Terre, mais il semble être sur la Lune en grande quantité.

Avantages:

D'un point de vue commercial et scientifique, il y a plusieurs raisons pour lesquelles l'extraction de la Lune serait bénéfique pour l'humanité. Pour commencer, il serait absolument essentiel à tout projet de construction d'une colonie sur la Lune, car l'utilisation des ressources in situ (ISRU) serait beaucoup plus rentable que le transport de matériaux depuis la Terre.

En outre, il est prévu que les efforts d'exploration spatiale proposés pour le 21e siècle nécessiteront de grandes quantités de matériel. Ce qui est extrait sur la Lune serait lancé dans l'espace à une fraction du coût de ce qui est extrait ici sur Terre, en raison de la gravité et de la vitesse d'échappement beaucoup plus faibles de la Lune.

De plus, la Lune possède une abondance de matières premières sur lesquelles l'humanité s'appuie. Tout comme la Terre, il est composé de roches silicatées et de métaux qui sont différenciés entre des couches géochimiquement distinctes. Ceux-ci se composent d'un noyau interne riche en fer et d'un noyau externe fluide riche en fer, d'une couche limite partiellement fondue et d'un manteau et d'une croûte solides.

En outre, il est reconnu depuis un certain temps qu'une base lunaire - qui comprendrait des opérations sur les ressources - serait une aubaine pour les missions plus loin dans le système solaire. Pour les missions se dirigeant vers Mars dans les prochaines décennies, le système solaire extérieur, ou même Vénus et Mercure, la possibilité d'être réapprovisionné à partir d'un avant-poste lunaire réduirait considérablement le coût des missions individuelles.

Défis:

Naturellement, la perspective de créer des intérêts miniers sur la Lune présente également de sérieux défis. Par exemple, toute base sur la Lune devrait être protégée des températures de surface, qui vont de très basses à élevées - 100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) à 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F). - à l'équateur et en moyenne 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) dans les régions polaires.

L'exposition aux rayonnements est également un problème. En raison de l'atmosphère extrêmement mince et de l'absence de champ magnétique, la surface lunaire subit deux fois moins de rayonnement qu'un objet dans l'espace interplanétaire. Cela signifie que les astronautes et / ou les travailleurs lunaires seraient exposés à un risque élevé d'exposition aux rayons cosmiques, aux protons du vent solaire et au rayonnement provoqué par les éruptions solaires.

Ensuite, il y a la poussière de lune, qui est une substance vitreuse extrêmement abrasive qui a été formée par des milliards d'années d'impacts de micrométéorite à la surface. En raison de l'absence d'altération et d'érosion, la poussière de lune n'est pas arrondie et peut faire des ravages avec les machines, et présente un danger pour la santé. Pire que tout, ses bâtons collent à tout ce qu'il touche, et c'était une nuisance majeure pour les équipages d'Apollo!

Et bien que la gravité inférieure soit attrayante en ce qui concerne les lancements, il n'est pas clair quels seront les effets à long terme sur la santé de celle-ci sur les humains. Comme l'ont montré des recherches répétées, l'exposition à la gravité zéro sur des périodes d'un mois provoque une dégénérescence musculaire et une perte de densité osseuse, ainsi qu'une fonction organique diminuée et un système immunitaire déprimé.

De plus, il existe des obstacles juridiques potentiels que l'exploitation lunaire pourrait présenter. Cela est dû au «Traité sur les principes régissant les activités des États en matière d'exploration et d'utilisation de l'espace extra-atmosphérique, y compris la Lune et les autres corps célestes» - autrement connu sous le nom de «Traité sur l'espace extra-atmosphérique». Conformément à ce traité, qui est supervisé par le Bureau des affaires spatiales des Nations Unies, aucune nation n'est autorisée à posséder des terres sur la Lune.

Et bien qu'il y ait eu beaucoup de spéculations sur une «échappatoire» qui n'interdit pas expressément la propriété privée, il n'y a pas de consensus juridique à ce sujet. En tant que tel, alors que la prospection lunaire et l'exploitation minière deviennent de plus en plus une possibilité, un cadre juridique devra être élaboré pour garantir que tout est en hausse.

Bien que cela puisse être loin, il n'est pas déraisonnable de penser qu'un jour, nous pourrions extraire la Lune. Et avec ses riches approvisionnements en métaux (qui incluent les REM) faisant partie de notre économie, nous pourrions envisager un avenir caractérisé par la post-pénurie!

Nous avons écrit de nombreux articles sur l'exploitation et la colonisation de la Lune ici à Space Magazine. Voici qui étaient les premiers hommes sur la Lune?, Quels ont été les premiers atterrissages lunaires?, Combien de personnes ont marché sur la Lune?, Pouvez-vous acheter des terres sur la Lune?, Et Construire une base spatiale, Partie 1: Pourquoi les mines La Lune ou un astéroïde?

Pour plus d'informations, assurez-vous de consulter cette infographie sur Moon Mining du Jet Propulsion Laboratory de la NASA.

Astronomy Cast a également quelques épisodes intéressants sur le sujet. Écoutez ici - Épisode 17: D'où vient la lune? et épisode 113: La Lune - Partie I.

Sources: