L'agence spatiale américaine a franchi une nouvelle étape importante vers une présence humaine durable sur la Lune : deux nouvelles stations scientifiques ont été sélectionnées, que les astronautes déploieront au pôle Sud lors de la mission Artemis IV. Il s'agit des instruments DUSTER et SPSS, des projets de développement et opérationnels qui ciblent les deux plus grandes inconnues pour les futurs équipages lunaires – le comportement de la poussière lunaire et la structure interne de notre satellite naturel. Leur tâche est à la fois pratique et scientifique : réduire les risques pour la santé et l'équipement, et fournir des données qui seront directement intégrées dans la planification des activités de surface permanentes.

Introduction : deux stations pour un retour plus sûr sur la Lune

La sélection par la NASA de DUSTER (DUst and plaSma environmenT survEyoR) et de SPSS (South Pole Seismic Station) révèle la logique claire de la campagne Artemis : avant que ne commence la construction d'une infrastructure plus large, il est nécessaire d'« apprivoiser » l'environnement en mesurant ce qui est le plus difficile à prévoir en laboratoire. La poussière sur la Lune n'est pas seulement un problème esthétique ; elle est abrasive, électrostatique, tenace et pénètre dans tous les joints. L'environnement sismique, quant à lui, dicte où et comment construire en toute sécurité, comment disposer les antennes et les sous-ensembles énergétiques et quelles zones éviter en raison de failles ou de matériaux en blocs épars. Deux instruments ciblent précisément ces points de risque.

Pourquoi le pôle Sud et pourquoi maintenant

Le pôle Sud de la Lune est devenu ces dernières années la scène principale de l'exploration car des réserves de glace d'eau sont attendues dans les cratères ombragés en permanence. Si la disponibilité et la stabilité des ressources sont confirmées, la voie s'ouvre pour la production in situ d'eau, d'oxygène et de carburant propulseur. Mais cet environnement est extrêmement exigeant : contrastes thermiques extrêmes, longues périodes à l'ombre et régolithe fin qui se soulève facilement et se transfère sur l'équipement. Artemis IV entrera dans cet environnement avec un mélange de procédures éprouvées et de nouveaux outils, et DUSTER et SPSS sont les premiers travailleurs « silencieux » qui transformeront les hypothèses en grandeurs mesurées.

DUSTER : comment « respire » la poussière lunaire

DUSTER est un groupe de capteurs sur un petit véhicule autonome dont l'objectif fondamental est de caractériser deux composantes interconnectées de l'environnement du pôle Sud – la poussière et le plasma immédiatement au-dessus de la surface. La poussière lunaire, créée par des milliards d'années de bombardement de micrométéorites, a des bords tranchants et se charge facilement électrostatiquement. Les astronautes d'Apollo ont été des témoins directs de la viscosité d'un tel matériau et de la rapidité avec laquelle il peut compromettre les combinaisons spatiales, les joints et les surfaces optiques. DUSTER transforme cette impression en chiffres : il mesurera la charge, la taille, la vitesse et le flux des particules, ainsi que la densité électronique et les variations de plasma dans la fine couche immédiatement au-dessus du régolithe.

Ce que mesure exactement DUSTER et où

Le concept opérationnel prévoit que les instruments se déplacent sur un rover autonome qui circule autour de la zone d'atterrissage et pénètre de manière ciblée dans les micro-environnements : le long des traces de marche de l'équipage, autour du site d'atterrissage et de décollage ultérieur de l'atterrisseur, sur les bords des petits cratères et à travers différentes zones granulométriques. En comparant l'« état naturel » avant l'activité de l'équipage et l'état pendant et après les opérations, les scientifiques et les ingénieurs obtiendront un aperçu unique de la mesure dans laquelle et de la manière dont les humains et les machines modifient l'environnement. Les résultats sont cruciaux pour les futurs protocoles de décontamination, la conception des combinaisons spatiales et le choix des matériaux pour les surfaces plus exposées.

Plateforme MAPP et partenaires industriels

DUSTER sera, selon le plan, situé sur un petit rover autonome de classe MAPP (Mobile Autonomous Prospecting Platform) fourni par Lunar Outpost du Colorado. Une telle plateforme combine une faible masse, une charge utile modulaire et la capacité de se déplacer avec précision sur un terrain accidenté et ombragé – une condition préalable clé pour le pôle Sud. Les instruments intégrés comprennent l'Analyseur de Poussière Électrostatique (EDA), destiné à mesurer la charge, la taille, la vitesse et le flux des particules soulevées, ainsi qu'un système de sondage plasma connu sous le nom de RESOLVE, qui caractérise la densité électronique moyenne au-dessus de la surface. Couplés sur la même plateforme mobile, ces capteurs permettent l'enregistrement simultané des « particules dans l'air » et de l'environnement électrique qui régit leur mouvement.

L'équipe et les objectifs de DUSTER

L'ensemble d'instruments est dirigé par Xu Wang de l'Université du Colorado à Boulder, un chercheur ayant une longue expérience en physique de la poussière et du plasma sur des corps sans atmosphère. La période de développement contractuelle est prévue pour trois ans, avec un accent sur la livraison, la qualification et l'intégration avant la phase opérationnelle de la mission. Le rôle de DUSTER n'est pas seulement de « cataloguer » les grains ; l'objectif est de quantifier la dynamique dans des conditions opérationnelles réelles. Combien de particules s'élèvent lors de la marche d'un astronaute ? Quel est le profil de dépôt après le décollage de l'atterrisseur ? À quel point les conditions de plasma varient-elles au cours d'une journée lunaire et comment cela affecte-t-il l'adhérence de la poussière ? Les réponses à ces questions se transforment en limites numériques et en recommandations pour les équipes d'ingénierie.

SPSS : nouvelle sismologie du pôle Sud

SPSS est une station sismique destinée à « écouter » la Lune – des échos peu profonds aux structures profondes. Les sismomètres Apollo dans les années soixante-dix ont fourni les premiers enregistrements permanents de tremblements de lune et d'événements d'impact, mais la technologie et la disposition des stations étaient limitées. SPSS apporte des systèmes plus sensibles et une nouvelle géométrie de mesure à un emplacement qui n'avait jusqu'à présent pas été couvert sismologiquement. Les objectifs incluent l'estimation du taux actuel d'impacts de météoroïdes au pôle Sud, la surveillance continue du « bruit » sismique qui peut affecter le travail de l'équipage et de l'équipement, et la détermination des propriétés de l'intérieur profond – épaisseur et propriétés du manteau, stratification possible du noyau, etc.

« Thumper » : source active pour le sous-sol peu profond

Outre l'enregistrement passif d'événements naturels, SPSS prévoit également une source active : un dispositif mécanique compact (« thumper ») avec lequel les astronautes génèrent des ondes de choc contrôlées. Les ondes se réfléchissent et se réfractent dans les couches peu profondes, et à partir des échos, la structure autour du site d'atterrissage est reconstruite – épaisseur du régolithe, présence de couches compactées, éventuelles cavités et micro-failles. Ces données servent directement à la conception des fondations pour l'équipement, les antennes et les futurs travaux de construction, ainsi qu'à l'optimisation des itinéraires de déplacement des véhicules afin d'éviter les zones critiques.

Direction de SPSS et perspectives attendues

SPSS est dirigé par Mark Panning du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie, un sismologue dont la carrière est consacrée à la structure interne des corps planétaires. Les expériences de la mission InSight sur Mars ont montré à quel point une station soigneusement sélectionnée peut révéler des processus profonds. Sur la Lune, où il n'y a ni atmosphère ni « bruit » hydrométéorologique, SPSS peut atteindre un rapport signal/bruit exceptionnel et produire une série d'événements qui serviront de référence pour des décennies de travail. En même temps, un enregistrement continu permettra l'établissement de statistiques sur les faibles impacts – des informations cruciales pour l'évaluation du risque à long terme pour l'infrastructure.

Stratégie d'Artemis : les données de terrain comme fondement

Le choix de DUSTER et de SPSS reflète la priorité que la NASA accorde aux mesures depuis la surface. La science ici n'est pas une décoration après le « spectacle principal », mais une condition préalable à la durabilité. Les responsables de la sécurité ont besoin de chiffres réels sur la contamination, les conditions électrostatiques et la stabilité sismique, tandis que la communauté scientifique recherche des séries chronologiques et des modèles qui résoudront enfin les dilemmes sur l'intérieur de la Lune et l'ampleur des tempêtes de poussière à petite échelle.

Leçons d'Apollo, transformées en protocoles

Après Apollo 17, Gene Cernan a souvent souligné que la poussière est l'« ennemi numéro un » pour les opérations à long terme. Les générations actuelles transforment cet aperçu en protocoles. Si, par exemple, DUSTER enregistre que le décollage de l'atterrisseur crée un nuage durable de fines particules au-dessus d'une certaine hauteur, le calendrier de travail peut être ajusté de manière à ce que les expériences plus sensibles soient effectuées en dehors de cette fenêtre. Si SPSS enregistre de fréquents micro-échos lors d'une certaine activité, les procédures sont modifiées pour réduire le risque à un niveau acceptable.

Autonomie et scénarios d'utilisation de DUSTER

Le rover portant les instruments est conçu comme un compagnon silencieux mais diligent de l'équipage. Il peut surveiller l'atterrissage et le décollage, « rester à l'écart » pendant la marche et ensuite revenir sur les mêmes traces pour comparer l'état avant et après la charge. Ainsi naît une carte de récupération de l'environnement : à quelle vitesse l'état « normal » du plasma revient, où les particules s'attardent et comment elles se redistribuent. À long terme, de telles données entrent dans les normes de maintenance et de nettoyage, mais aussi dans la conception de surfaces qui prennent moins la poussière.

La sismologie comme outil opérationnel

Le sismomètre n'est pas utile seulement pour la grande science ; il peut servir d'instrument de surveillance lors de l'installation d'équipements ou de travaux de construction plus légers. Si les futures missions commencent par des excavations ou la mise en place de modules plus grands, SPSS avertira des micro-déplacements et des tassements qui pourraient menacer la stabilité. Parallèlement, des séries de petits impacts de micrométéoroïdes – qui passeraient autrement inaperçus – entrent dans les statistiques sur lesquelles repose l'évaluation des risques pour les séjours de plusieurs années.

Calendrier de la mission Artemis IV et lien avec Gateway

Artemis IV représente dans les plans actuels le premier vol de la version plus puissante de la fusée SLS (Block 1B) et une étape clé dans la construction de la station lunaire Gateway. L'équipage devrait livrer et intégrer le module d'habitation international I-Hab et, dans le cadre du même profil, effectuer un séjour sur la surface en utilisant un atterrisseur lunaire. Ainsi se ferme la boucle logistique : l'orbite sert de « camp de base » pour la préparation et le retour, tandis que des instruments comme DUSTER et SPSS sont synchronisés avec la présence des humains, mais ont aussi un plan de poursuite autonome de la collecte de données après le départ de l'équipage.

Planification, industrie et calendrier de travail

Les contrats pour DUSTER et SPSS sont structurés comme des contrats de trois ans, avec un accent sur la livrabilité d'ici l'intégration avec le vol. Cela laisse de la place pour des tests et une qualification dans des conditions similaires à celles de la Lune – essais thermiques, chambres à vide, vibrations mécaniques. La chaîne de participation comprend des institutions académiques et des partenaires industriels spécialisés dans la robotique et les instruments sensibles. Cette chaîne de connaissances et d'approvisionnement vise à être maintenue à travers plusieurs missions, afin de construire une fiabilité « en série » des systèmes de surface.

Validation croisée : la poussière rencontre la sismologie

L'un des aspects les plus convaincants de ce duo est la possibilité de relier les données de manière croisée. Un enregistrement sismique d'un événement d'impact mineur peut être corrélé avec une perturbation de courte durée dans le plasma et une augmentation du flux de particules mesuré par DUSTER. Si un lien fort est établi entre ces signaux, nous obtiendrons une nouvelle méthodologie pour la détection et l'évaluation des événements en utilisant des canaux de capteurs combinés. Cela rappelle les « réseaux de capteurs intelligents » sur Terre, mais dans un écosystème où chaque minute de fonctionnement et chaque octet de données transféré est précieux.

De l'ère héroïque à la routine d'ingénierie

La campagne Artemis redéfinit ce que signifie le « succès » dans les missions lunaires. Autrefois, c'étaient des drapeaux, des photographies et des échantillons rapides ; aujourd'hui, c'est un ensemble de séries de mesures fiables qui protègent des vies et rendent les opérations suivantes prévisibles. DUSTER et SPSS ne sont pas un spectacle, mais l'épine dorsale de la future routine – comme le réseau électrique ou la conduite d'eau dans un nouveau quartier. Sans eux, tout le reste demeure de l'improvisation.

Pourquoi précisément le pôle Sud comme laboratoire

La topographie du pôle Sud – longues arêtes d'ombre, levers de soleil soudains et terrain accidenté – crée un polygone de test naturel pour l'endurance de l'instrumentation, des liaisons de communication et de la mobilité. Si les systèmes et les procédures fonctionnent dans de telles conditions, ils fonctionneront probablement ailleurs sur la Lune également. C'est pourquoi les mesures y sont doublement précieuses : elles confirment des modèles universels et donnent simultanément des directives spécifiques pour les emplacements les plus difficiles.

Deux paquets de données, double bénéfice

Le premier bénéfice sera opérationnel : les cartes de poussière et de plasma aideront au choix des emplacements pour les antennes, les itinéraires de déplacement et le placement d'équipements scientifiques sensibles, tandis que le modèle sismique du sol orientera la construction des fondations et l'évaluation des charges lors des atterrissages et décollages. Le deuxième bénéfice est scientifique : la sismologie contraindra davantage les modèles de la structure interne de la Lune, et la physique de la poussière et du plasma éclairera la façon dont l'environnement sur les corps sans atmosphère change sous l'influence humaine.

Bénéfices plus larges : de la Lune à la Terre

Les technologies développées pour DUSTER et SPSS – de la miniaturisation des capteurs, en passant par le filtrage des signaux, jusqu'à la navigation autonome – ont des applications terrestres directes. L'exploitation minière, la géotechnique, la surveillance des infrastructures critiques, et même le suivi de la pollution de l'air dans des conditions extrêmes, reposent sur les mêmes principes et algorithmes. La science « invisible » de la Lune revient ainsi à la maison sous forme de normes améliorées et d'outils plus robustes.

Vers un « jumeau numérique » du pôle Sud

À mesure que Gateway se développera et que la durée de séjour des équipages s'allongera, les instruments en réseau permettront la construction d'un « jumeau numérique » de l'environnement du pôle Sud : un modèle qui prédit en temps réel les conséquences des opérations (atterrissage, forage, transport) et propose des horaires optimaux. DUSTER et SPSS sont le fondement de ce jumeau – sans leurs données primaires, le reste n'est qu'hypothèse.

Manifeste et agenda scientifique

L'inclusion finale des instruments dans le manifeste de vol dépendra des décisions d'ingénierie et de programme qui accompagnent chaque grande mission. Mais le fait que DUSTER et SPSS soient entrés dans la phase de préparation intensive montre qu'Artemis IV porte un agenda scientifique et opérationnel clair : protéger l'équipage, approfondir la compréhension de la Lune et créer des modèles qui seront appliqués sur Mars.

Profil de vol et fenêtres de mesure

Artemis IV est planifiée comme une mission combinant la livraison de modules à Gateway et des activités de plusieurs jours sur la surface. Cela permet à DUSTER d'enregistrer tout le cycle de vie d'un séjour – avant l'arrivée de l'équipage (état naturel), pendant les opérations (perturbation) et après le départ (récupération) – tandis que SPSS surveille en continu le bruit de fond sismique et les événements individuels. Ainsi naît une coupe temporelle unique de l'environnement du pôle Sud, avec laquelle toutes les futures missions seront comparées.

Mesure silencieuse qui change la donne

Le pôle Sud de la Lune reçoit bientôt deux stations qui travailleront silencieusement mais avec persévérance – pour mesurer ce qui n'était hier qu'un avertissement dans les journaux d'Apollo et une courbe dans les modèles de laboratoire. Quand nous regarderons en arrière vers les premières années d'Artemis, c'est précisément dans ces ensembles de données que sera reconnu le moment où la scène romantique est devenue un environnement précisément mesuré, compréhensible par l'ingénierie – prêt pour la construction, l'exploration et, un jour, le départ plus loin vers Mars.