En quoi l'eau sur la Lune diffère-t-elle de l'eau sur Terre ?

L'eau est une substance particulière, dont les propriétés sont vraiment particulières, et son existence à l'état liquide est considérée comme la condition essentielle à l'apparition et au développement de la vie sur d'autres planètes que la Terre.

La répartition de l'eau à la surface de la Terre est plus que trompeuse. Parce qu'elle couvre environ 70 % de la surface totale, elle donne l'impression d'être présente sur Terre en grande abondance. Cette impression trompeuse a peut-être inculqué la croyance erronée que nous pouvons nous permettre de la gaspiller ou de la polluer, étant donné son immense quantité : mais rien n'est plus faux !

Quelle est la quantité d'eau sur Terre ?

La quantité totale d'eau sur notre planète n'est pas très importante, on peut même dire qu'elle est relativement faible. Sa masse ne représente que 0,2 % de la masse totale de la Terre. Pour chaque "kilogramme" de Terre, il n'y a que 2 "grammes" d'eau. Ce pourcentage tombe à 0,005 % si l'on se limite à l'eau douce. Pour 1 000 kilogrammes de Terre, il n'y a que 5 grammes d'eau douce.

L'image de couverture donne une très bonne idée de la proportion entre la quantité totale d'eau, en l'imaginant enfermée dans une sphère, et l'eau douce, enfermée dans la plus petite sphère, par rapport à la taille de la Terre.

D'où vient l'eau sur Terre ?

L'origine de l'eau sur Terre a fait l'objet de nombreuses études, en particulier ces dernières années. Au départ, on pensait que l'eau venait de l'espace et était transportée sur Terre par des comètes, des astéroïdes et des météorites.

Récemment, l'hypothèse selon laquelle l'eau était déjà présente dans le disque proto-planétaire à partir duquel la Terre s'est formée a été avancée avec succès. Ainsi, selon cette hypothèse, la Terre se serait déjà formée avec sa propre réserve d'eau. La quantité initiale d'eau aurait peut-être été plus importante, puis se serait partiellement évaporée et aurait échappé à la gravité terrestre en raison de la température initialement très élevée de la planète.

Plus récemment, cette hypothèse a trouvé un soutien dans l'observation par le télescope spatial James Webb de la présence d'eau dans le disque proto-planétaire de l'étoile PDS70. Plus précisément, la présence d'eau à l'état de vapeur a été repérée dans le disque où se forment deux exoplanètes PDS 70 b et PDS 70 c.

Cette observation montre que l'eau est déjà présente dans les disques de poussière et de gaz dans lesquels se forment les planètes, comme c'était le cas pour la Terre il y a environ 4,6 milliards d'années.

Comment l'eau a été découverte sur la Lune

La Lune, nous le savons, n'émet pas de lumière propre mais réfléchit la lumière directe et indirecte du soleil. Cette lumière réfléchie par la Lune a donc toutes les caractéristiques de la lumière solaire. Cependant, elle présente également des particularités (à savoir des raies et des bandes d'absorption) qui s'ajoutent au spectre solaire en fonction de la nature des roches lunaires qui la réfléchissent.

L'observation de bandes moléculaires d'eau dans le spectre solaire réfléchi de la Lune a révélé la présence d'eau dans certaines régions de la Lune.

La confirmation de la présence d'eau sur la Lune est venue grâce à SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy). Il s'agit d'un télescope de la NASA d'un diamètre de 2,5 m monté sur un Boeing 747. Cet avion a volé à des altitudes supérieures à 12,5 km, c'est-à-dire au-dessus de la stratosphère où la vapeur d'eau terrestre n'existe plus, et a observé la lumière lunaire dans l'infrarouge, dans laquelle il a révélé la présence d'eau.

Mais la façon dont il est formé

Plus récemment, une étude publiée dans Nature Geoscience sous la première signature de Huicun He, de l'université de l'Académie chinoise des sciences de Pékin (Chine), a annoncé la découverte d'eau dans des échantillons de roches lunaires prélevés par un robot chinois, le Chang-e5, puis ramenés sur Terre pour y être analysés. L'eau a été trouvée piégée à la surface de sphères de verre formées lors d'impacts météoriques.

Ces sphères de verre ont une surface poreuse capable de capturer l'eau. Mais la découverte sensationnelle est que l'eau contenue dans les sphères est continuellement formée par le vent solaire qui souffle continuellement sur la surface lunaire.

Contrairement à la Terre, la Lune n'a pas de champ magnétique pour la protéger du vent solaire.

Les molécules d'eau se forment à la suite de l'interaction des protons présents dans le vent solaire avec les électrons déjà présents dans les roches, formant des atomes d'hydrogène ; ceux-ci se lient ensuite à l'oxygène déjà présent à la surface de ces sphérules, formant des molécules d'eau.

Cela signifie que tant dans les régions ombragées, comme à l'intérieur des cratères d'impact, que dans les régions directement exposées au soleil, comme l'a observé SOFIA, une production continue d'eau a lieu.

Ce même mécanisme de production d'eau est impossible à mettre en œuvre sur Terre car le vent solaire ne peut atteindre la surface en raison du champ magnétique terrestre (heureusement, car il s'agit d'un vent électrique).

Quels sont les avantages pour nous de l'eau sur la Lune ?

La présence d'eau sur la Lune est importante pour le programme Artemis. Il s'agit du projet visant à établir une habitation humaine à long terme sur la Lune. La découverte d'eau est cruciale car elle pourrait alimenter les installations permanentes et les futurs établissements humains.

En effet, l'objectif le plus ambitieux pour l'homme est Mars. Cependant, par "commodité", la Lune offre un moyen moins onéreux de se préparer à une éventuelle colonisation de la planète rouge. En effet, de par sa proximité et son accessibilité, la Lune nous permettrait de nous entraîner à vivre dans un environnement hostile et d'expérimenter différents systèmes et modes que nous pourrions ensuite utiliser sur Mars.

La course à la Lune a repris de plus belle. Après l'échec de l'alunissage de la sonde russe Luna-25, la sonde indienne Chandrayaan-3, dont le rover a déjà commencé sa mission d'exploration scientifique du sol lunaire, s'est posée le 23 août.