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La toxicité de la poussières lunaire

Exploration de la Lune par Apollo 17. Document NASA/Apollo 17/NSSDC.

Effets biologiques de la poussière lunaire (II)

Kerschmann n'a jamais oublié l'incident survenu à Harrison Schmitt. Récemment il étudia les effets de la poussière minérale sur la santé humaine. Avec le projet de colonisation de la Lune puis de Mars, ces deux mondes étant très poussiéreux, l'inhalation de cette poussière peut être très mauvaise pour les astronautes concède Kerschmann.

Harrison Schmitt confirme : "La poussière est le problème environnemental N°1 sur la Lune. Nous devons comprendre quels sont ses effets biologiques car il y a toujours un risque que la mécanique tombe en panne En effet, toute inhalation de poussière pourrait provoquer des accidents d'autant plus graves qu'il n'y a pas "d'hôpital de campagne" sur la Lune et pas moyen de se soigner avant un retour sur Terre, soit 5 ou 6 jours plus tard seulement. Ce problème doit donc être résolu avant les prochaines missions.

On sait donc aujourd'hui que la poussière lunaire est dangereuse à respirer. Elle est semblable à la poussière de silice terrestre. C'est à dire que c'est une substance solide, cristallisée, plus abrasive que la cendre et qui peut provoquer la silicose, une maladie qui endommage les poumons et que certains mineurs de fond et les maçons ne connaissent que trop bien.

Cette poussière lunaire est mêlée à des morceaux de verre et de minerais connus sous le nom d'agglutinats qui ont été formés dans la chaleur des impacts météoritiques. Les agglutinats n'ont jamais été découverts sur Terre et les scientifiques s'inquiètent à juste titre que le corps humain ne pourrait peut-être pas les expulser efficacement s'il sont inhalés.

Le pilote du module lunaire Harrison Schmitt rejoignant la jeep lunaire lors de son séjour sur la Lune au cours de la mission Apollo 17 en décembre 1972. Doc NASA/Apollo 17/NSSDC.

Le quartz, qui est la principale cause de silicose, n'est pas chimiquement toxique : "vous pourriez le manger et ne pas tomber malade," précise l'astrobiologiste David S. McKay du centre spatial Johnson de la NASA que nous connaissons déjà pour son analyse de la météorite martienne ALH84001. Mais, poursuit-il, "quand le quartz est fraîchement mêlé à des particules de poussière inférieures à 10 microns (5 fois plus petits qu'un cheveux moyen) et est aspiré dans les poumons, il peut s'enfoncer profondément dans les alvéoles pulmonaires où l'oxygène et le gaz carboniques sont échangés". Dans ces conditions, les poumons ne peuvent plus évacuer la poussière par les muqueuses ou la toux.

Trois exemples peuvent nous démontrer combien la silicose et les maladies associées sont fatales. Quand les globules blancs du système immunitaire commettent la bévue d'essayer d'engloutir ces particules tranchantes comme des rasoirs pour les conduire dans la circulation sanguine et les expulser de l'organisme, ils meurent découpés de toutes parts, telle une opération suicide.

Sous sa forme aiguë, la silicose remplit les poumons de protéines issues du sang et la victime suffoque lentement par noyade, présentant des symptomes semblables à la pneumonie et très douloureux.

Nous avons expliqué dans d'autres articles que des phénomènes similaires se produisent au cours des éruptions volcaniques tel le funeste destin que connurent les animaux vivant dans l'est du Wyoming il y a 10 millions d'années lorsque le supervolcan de Yellowstone entra en éruption, et plus récemment les habitants de Pompéi après l'éruption du Vésuve en l'an 79.

Des mineurs de Virginie Occidentale sont également décédés après avoir respiré de la fine poussière de quartz au cours de forages effectués à sec, alors qu'ils n'avaient été exposés que durant quelques mois seulement à cette poussière. Ceci n'arrivera pas nécessairement aux astronautes, mais c'est un problème dont les ingénieurs doivent avoir conscience et prévenir.

Les effets mécaniques de la poussière lunaire

La poussière lunaire étant composée de silicium et de quartz, à notre connaissance elle n'est pas toxique. Mais comme la poussière de quartz d'une ponceuse, c'est un abrasif presque aussi efficace que la poussière de verre. Les astronautes de plusieurs missions Apollo ont pu constater qu'elle s'était accrochée à toutes les surfaces, griffant les optiques et le métal et qu'il était impossible ou presque de l'enlever. Une fois qu'elle a pénétré à l'intérieur du module lunaire, une partie de cette poussière peut facilement irriter les poumons, les muqueuses nasales et les yeux.

La poussière lunaire est donc dangereuse et pas seulement pour l'organisme humain. "Ses constituants ressemblent à de la cendre aux arêtes très coupantes et présentent des aspérités comme des crochets" dit David McKay. "C'est comme du Velcro", raison pour laquelle les astronautes éprouvaient tant de mal à la retirer. Elle peut s'accumuler dangereusement près des orifices ou sur les plates-formes, empêchant une bonne dissipation de la chaleur des pièces exposées en plein Soleil ou entraîner des pannes mécaniques.

Deux microphotographies de régolite réalisées à partir des échantillons ramenés par la mission Apollo 17. A gauche des grains de 0.1 mm de diamètre, à droite un fragment d'agglutinat ou brecchia glacé mesurant 3 mm de diamètre. Notez sa porosité à différentes échelles et son caractère tranchant. Documents Brad Jolliff/Université de Washington à Saint Louis (WUSTL).

McKay et les autres intervenants à cet atelier ont suggéré pour limiter l'exposition des astronautes à la poussière, qu'on pourrait mettre à leur disposition des douches ou des systèmes électrostatiques pour extraire ces particules des combinaisons lunaires. Mais à ce jour de telles solutions sont anticipées car les recherches concernant les effets biologiques de la poussière lunaire doivent être approfondies.

Aujourd'hui on ne dispose toujours pas de réponse définitive concernant les effets et la toxicité de la poussière lunaire bien que les chercheurs aient étudié le sujet depuis 1972. Quant aux études faites à partir des échantillons lunaires ramenés par le programme soviétique Luna, elles ont toutes été rejetées par manque de crédibilité.

Selon des estimations établies par Laurent Sibille du centre de vol spatial Marshall de la NASA, il faudrait ramener 100 tonnes de poussière lunaire pour dire de mener à bien une étude si on envisage une colonisation de la Lune. Grâce aux missions Apollo, les astronautes ont ramené à peine 1 % de cette quantité et les 25 tonnes de simulants que la NASA a élaboré pour les chercheurs est à présent consommée, à l'exception d'un dernier seau disponible au centre spatial Johnson. Sibille et ses collègues encouragent la NASA et l'industrie aérospatiale à développer de nouveaux simulants aussitôt que possible.

La radioactivité

Il y a également la question de la radioactivité du sol lunaire, un sujet que les scientifiques ont très peu étudié jusqu'à présent suite à la mise en veille du programme d'exploration lunaire. Si les scaphandres des astronautes, le module lunaire ou les futurs habitats fournissent de l'air et des moyens d'isolation en suffisance, leur épaisseur n'est pas suffisante pour stopper les rayonnements les plus énergétiques qui sont beaucoup plus rusés et peuvent pénétrer les tissus de bien des manières.

Mesure des émissions de neutrons à la surface de la Lune. On distingue deux puits dans les régions polaires correspondant à la présence d'eau glacée. Document NASA/ARC.

La surface lunaire est exposée en permanence au rayonnement corpusculaire émis par le Soleil et les étoiles proches (éruptions solaires et rayons cosmiques) et certains de ces rayonnements sont difficiles à stopper. Par ailleurs, en frappant la surface lunaire, les rayons cosmiques produisent un dangereux jet de particules secondaires dont des neutrons (radioactivité) juste aux pieds des astronautes. Ainsi que nous l'avons évoqué à propos du mal de l'espace, tout ce rayonnement pénètre aisément dans les tissus et s'il transporte suffisamment d'énergie il peut endommager l'ADN, accentuant le risque de cancer et d'autres maladies.

Si la NASA envisage de coloniser la Lune d'ici une génération, le problème des rayonnements doit donc être résolu. Le risque de contamination apparaît en fait dès que les astronautes passent plus de quelques jours sur la Lune.

Durant la campagne de 1998-1999, la sonde américaine Lunar Prospector avait déjà établi une première carte globale de la distribution du rayonnement neutronique de la Lune qui révéla quelques régions à fortes concentrations de neutrons dans les régions polaires en même temps qu'elle découvrait des traces de glace d'eau (une faible quantité de neutrons et un excès d'hydrogène, signature typique de l'eau, ici présente sous forme de glace)./p>

En 2008, la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) mesura et cartographia le rayonnement neutronique de la Lune de manière plus précise, mesura le rayonnement cosmique, rechercha des traces d'eau glacée et établit une cartographie encore plus précise de la surface lunaire.

Un détecteur de neutrons baptisé LEND, partiellement financé par l'agence spatiale fédérale russe (RFSA), utilisant un isotope de l'hélium auquel il manque un neutron permit à cet instrument de détecter les neutrons émanant de la surface lunaire et de mesurer leur niveau d'énergie. De cette manière LEND améliora la qualité des données déjà acquises et permit aux chercheurs d'estimer la fraction de neutrons potentiellement dangereux pour l'homme et la fraction inoffensive de faible énergie. La sonde LRO contenait également un détecteur de rayons cosmiques (CRaTER).

Parallèlement aux mesures du rayonnement, LRO contenait des objets en plastique simulant les propriétés des tissus organiques afin que les chercheurs puissent comprendre de quelles manières ces particules de hautes énergies pénètrent et interagissent dans le corps humain.

Le problème des rayonnements est propre à la Lune car au milieu de l'espace les radiations proviennent de toutes les directions. Sur la Lune, constituée d'une épaisse écorce de roches solides, on s'attendrait à ce que le sol constitue une bonne protection contre le rayonnement, mais ce n'est pas le cas. En effet, lorsque les rayons cosmiques et le vent solaire entrent en collision avec les particules constituants la surface lunaire (régolite), ils déclenchent de petites réactions nucléaires qui libèrent encore un plus de radiations sous forme de neutrons. En d'autres termes, la surface lunaire est radioactive !

Relevé de la distribution des neutrons de moyenne énergie (épithermiques) au pôle Sud de la Lune (à gauche) et sur toute sa surface (à droite). Dans les deux cas, mis à part quelques "points chauds" localisés, on remarque une faible concentration de neutrons de moyenne énergie et donc un excès d'hydrogène près des pôles. Cet hydrogène est la signature de la glace d'eau cachée au fond des cratères escarpés et des failles qui ne voient jamais la lumière du Soleil. Documents NASA/ARC.

Quelle est donc la pire des situations pour les astronautes : subir les pluies de rayons cosmiques venant du ciel ou les neutrons émis par le sol ? Selon Igor Mitrofanov, de l'Institut de Recherche Spatiale du SRFA et en charge du détecteur LEND, "les deux situations sont mauvaises" dit-il à un représentant de la NASA.

Ces études devraient permettrent aux ingénieurs d'établir un cahier des charges précis des protections anti-radiations à mettre en place afin de préserver la vie des équipages. Elles permettront de fabriquer des combinaisons, des habitats lunaires, des véhicules tout terrain et d'autres équipements plus résistants, en prévision de l'exploration lunaire.

Comprendre de quelle manière la poussière lunaire et la radioactivité du sol affectent les hommes est impératif pour les missions futures qui seront de plus en plus longues et de plus en plus nombreuses. Mais ainsi que le rappelle Russell Kerschmann,"à quel point est-ce un problème, nous ne savons pas, et ça constitue un problème". Nous aurons certainement un début de réponse vers 2020, quelques années avant la colonisation de la Lune si tout se passe comme prévu.

En guise de conclusion

A l'image de nombreuses recherches en matière spatiale, ces technologies peuvent avoir des retombées au quotidien, sur Terre. En effet, en développant des méthodes de prévention ou de nettoyage de la poussière, si cruciales sur la Lune et sur Mars, on pourrait également s'en servir pour protéger les personnes contre les poussières tranchantes ou toxiques présentes sur les lieux de travail. Ces applications concernent par exemple la poussière alcaline soulevée par les lacs asséchés des déserts blancs, la poussière de bois des scieries, des marbreries, de certaines usines de faïence, des opérations de gravure et naturellement la poussière abrasive de quartz dans les mines.

La route que nous avons à parcourir est étonnamment poussiéreuse convient Kerschmann mais je crois dit-il que "c'est un problème qui peut être géré". C'est une bonne nouvelle qui va dans le sens de la colonisation de la Lune et plus encore de Mars dont le sol est localement toxique ainsi que nous le découvrirons dans un autre article.

Cet article fut publié sur Futura-Sciences en 2005 et est tenu à jour.

Pour plus d'informations

Institutions

NASA Space Radiation Health Project (SRHP)

NASA - Space Radiation Biology (Brookhaven Lab.)

NASA/ARC (Ames)

Articles

La toxicité de l'environnement martien (sur ce site)

Biological Effects of Lunar Surface Mineral Particulates, Workshop, R.Kerschmann, 2005

Lunar Regolith Simulant Materials, Workshop, L.Sibille et al, 2005

Dusty Plasma Effects on the surfaces of the Moon and Mars, AGU, S. Robertson et al, 2004

Dust Levitation and Transport Near Surfaces, AGU, S. Robertson et al, 2002

Dust charging on surfaces, Annual Meeting of the APS, S. Robertson et al, 2001

Photoelectric Charging of Dust Particles in Vacuum, Phys. Rev. Lett., S. Robertson et al, 2000

Photoelectric Charging of Dust in Space, AAS, S. Robertson et al, 1999

Electrostatic charging properties of Apollo-17 lunar dust, AGU, S. Robertson et al, 1998.

Retour sur la Lune

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