Un laser de la Terre à la Lune

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CNRS_Un laser de la Terre à la Lune

Il y a tout juste 50 ans, une voix s'élevait depuis l'espace et marquait l'histoire à jamais.

Neil Armstrong (archive)
C'est un petit pas pour l'homme mais un pas de géant pour l'Humanité.

À 400 000 km de la Terre, ce 21 juillet 1969, Neil Armstrong devint le premier homme à poser le pied sur le sol lunaire. Le monde découvre alors ce paysage monochrome qu'Armstrong et Aldrin marquent de l'empreinte de leurs pas. Au-delà du succès technique et politique de cette conquête lunaire par la mission Apollo 11, il s'agit aussi pour les astronautes de collecter des données sur le terrain et d'y installer des appareils de mesure. Ils déploient notamment des panneaux réflecteurs pas plus grand qu'une valise. Des instruments qui 50 ans plus tard continuent de fournir des données à la communauté scientifique.

Retour sur Terre et plus précisément à Caussols. C'est sur ce plateau qu'est situé le site d'observation de Calerne qui dépend de l'Observatoire de la Côte d'Azur. Parmi les instruments d'observation braqués vers l'espace, un télescope d'un genre particulier scrute la surface lunaire depuis bientôt un demi-siècle. D'un diamètre d'un mètre cinquante, ce télescope équipé d'un laser permet de mesurer avec une grande précision la distance entre la Terre et la Lune. Chaque jour, les scientifiques l'Observatoire s'appuient sur des modèles et des calculs de trajectoires pour tenter de retrouver la trace des réflecteurs laissés par les différentes missions Apollo sur la surface de la Lune et orienter le laser. Une étude qu'ils mènent de jour comme de nuit et qui a permis au fil du temps et des avancées technologiques d'affiner le calcul de la distance Terre-Lune.

Clément Courde – Ingénieur de recherche
Il y a 50 ans les mesures de télémétrie laser elles étaient précises au mètre et grâce à ces évolutions techniques à la fois sur le suivi, sur les lasers et sur la détection maintenant on arrive à des précisions de quelques millimètres avec une exactitude de l'ordre du centimètre. Cette exactitude elle est un peu moins bonne que la précision en raison notamment de la méconnaissance de l'atmosphère. On a beaucoup d'activités maintenant centrées sur l'impact de l'atmosphère sur nos liens lasers pour essayer de compenser les perturbations de l'atmosphère sur nos liens lasers.


En ce soir de juin, le lever de Lune est prévu aux environs de 23h. Après avoir calibré les nombreux instruments qui assurent la stabilité de ce rayon laser extrêmement puissant, les opérateurs vont devoir l'orienter vers la Lune pour débuter leur collecte de données. Ce laser visible à l'oeil nu de nuit produit 10 impulsions par seconde. Parmi les milliers de photons bombardés vers la lune, un seul sera renvoyé vers la Terre et atteindra le télescope. Un voyage d'environ 400 000 km aller-retour que le photon mettra en moyenne 2,4 sec à effectuer. Si le télescope suit des prévisions de passage de la Lune, l'observateur sur Terre doit en permanence corriger manuellement le pointé du télescope jusqu'à obtenir un écho, signe que le laser vient de frapper l'un des réflecteurs disposés sur la surface lunaire.



Clément Courde – Ingénieur de recherche
On exploite à la surface de la Lune 5 réflecteurs dont 3 qui ont été déposés par les missions américaines Apollo dont la première a été Apollo 11. C'est un panneau qui fait 50cm sur 50cm et qui est équipé de 100 coins de cube. Les coins de cube c'est ce genre de système. Par rapport à un miroir classique ça a la propriété de renvoyer la lumière dans la direction incidente. Quand on regarde ce genre d'objet on voit le centre de son oeil quelle que soit l'orientation du coin de cube et c'est vraiment ce système qui est exploité de façon passive sur la Lune. Il y a 3 panneaux de réflecteurs américains, Apollo 11, Apollo 14 et Apollo 15 et aussi deux rovers russes, les Lunocodes 1 et 2 qui sont aussi équipés de ce genre de système.

Les mesures collectées par l'observatoire de la Côte d'Azur et par un réseau international de stations d'observation alimentent quotidiennement une base de données qui nourrit les recherches de nombreux scientifiques à travers le monde. Parmi eux Nicolas Rambaux, spécialiste de la mécanique céleste, qui travaille à l'observatoire de Paris. À partir des relevés de distance Terre-Lune, il a pu évaluer la rotation de notre satellite et en déduire la taille et la composition de son noyau interne. La Lune se serait formée il y a 4,5 milliards d'années et sa structure interne a considérablement évoluée. Elle serait aujourd'hui formée autour d'un noyau fluide dont Nicolas Rambaux et son équipe viennent d'estimer le rayon à 381km.


Nicolas Rambaux – Mécanicien céleste
Ce qui nous intéresse dans l'étude du noyau de la Lune c'est que connaître sa taille et son état physique ça va nous permettre de donner des informations sur le scénario de formation de la Lune et également sur comment le champ magnétique de la Lune a pu apparaître et disparaître. Alors on a encore des interrogations sur la structure interne de la Lune notamment à savoir si la Lune possède une graine solide ou pas à l'intérieur du noyau fluide. On espère lever ce point d'interrogation en poursuivant les études sur le modèle du noyau de la Lune également en continuant les observations de télémétrie laser-Lune et l'idéal ce serait d'avoir de nouveau rétro-réflecteurs disposés sur la Lune pour avoir une meilleure couverture spatiale du mouvement de rotation de la Lune.

Si la télémétrie laser-Lune a permis d'affiner les mesures de distance entre la Terre et la Lune, elle a aussi permis de mesurer la vitesse d'éloignement de la Lune par rapport à notre planète. La Lune s'éloigne en effet de la Terre de 3,8cm par an et les impacts de ce phénomène sur notre planète questionne encore la communauté scientifique. Si l'homme est parvenu à poser le pied sur sa surface il y a 50 ans, le Lune conserve encore aujourd'hui une part d'ombre qui n'a pas fini de fasciner la science.