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LA LUNE

LA LUNE DANS LE SYSTÈME SOLAIRE CARATÉRISTIQUES ORIGINE ET CARTOGRAPHIE COMPOSITION STRUCTURE INTERNE MOUVEMENTS DE LA LUNE ET PHASES DE LA LUNE

LES MARÉES ÉCLIPSE DE LUNE ÉCLIPSE DE SOLEIL L’EXPLORATION DE LA LUNE

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Face visible de la lune.

Face cachée de la lune

Mer de la Tranquillité

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LA LUNE DANS LE SYSTÈME SOLAIRE La Lune est le cinquième plus grand satellite du Système solaire, avec un diamètre moyen de 3 474 km. La distance moyenne séparant la Terre de la Lune est de 381500 km. À l’exception de Mercure et de Vénus, toutes les planètes du Système solaire possèdent des satellites naturels qualifiés de lunes. Jupiter et Saturne, de leur côté, en possèdent des dizaines, de tailles et de formes très variées, mais quelques-uns de taille similaire à la Lune (Ganymède, Io, Callisto et Europe pour Jupiter, Titan pour Saturne, Triton pour Neptune).

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CARACTÉRISTIQUES /Terre

Diamètre de la Lune 3 476 km 0,273

Circonférence à l'équateur 10 920 km

Superficie 40 millions km2 0,078

Distance à la Terre 384 400

" de la lumière 1, 27 Sec lum

Maxi 406700

Mini 356400

Vitesse orbitale 1 km/s 0,045

Excentricité 0,055

Masse 7,35 1022 0,012

Gravité: 1,62 m/s2 1 / 6 = 0,166…

Magnétisme 10 -3

Albédo 0,1

Vitesse de libération 2,38 km/s 11 km/s

Pression atmosphérique 10 -12 Bar

Température de -171 à 117°C

Altitude maxi 8 000 m

Cratères 600 000

Inclinaison de l'orbite sur l'écliptique 5,14° 0°

Inclinaison de l'équateur sur l'orbite 6,41° 23°

Masse volumique 3,340 kg/m3 0,60

Sol en Régolite Calcium, titane, magnésium et terres rares

Données principales

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ORIGINE ET CARTOGRAPHIE La Lune résulte sans doute d'une collision il y a 4,4 milliards d'années entre notre planète naissante et un petit corps céleste appelé Théia. Ce planétoïde Théia, de la taille de Mars soit 6 500 kilomètres de diamètre, aurait heurté la Terre à la vitesse de 40 000 kilomètres par heure sous un angle oblique, détruisant l'impacteur et éjectant ce dernier ainsi qu'une portion du manteau terrestre en orbite dans l'espace, avant de s'agglomérer pour donner naissance à la Lune. La Lune serait alors passée par un stade partiellement liquide provoqué par la désintégration d'isotopes radioactifs. Finalement, une différentiation magmatique aurait provoqué la formation d'une croûte lunaire voici 4,4 milliards d'années. Environ 100 millions d'années plus tard, une météorite particulièrement grande aurait percuté la Lune en donnant naissance au bassin pôle sud-Aitken. Ce cratère mesure 2.500 km de diamètre et 13 km de profondeur. D'autres bassins sont ensuite apparus à la suite de bombardements météoritiques intenses qui auraient eu lieu voici 4,1 à 3,8 millions d'années. Ces chutes de météorites auraient provoqué d'intenses activités volcaniques et des épanchements de magma au fond des cratères. Cette matière en fusion a donné naissance aux zones sombres de cet astre, constituées de roches basaltiques, lors de son refroidissement donnant naissance aux fameuses mers. Cette période du « volcanisme des mers lunaires » aurait duré jusqu'à voici 1 milliard d'années. Les trainées radiales observées autour des zones d'impact de météorites sont constituées de matières expulsées lors des collisions. Il s'agirait-là des dernières modifications ayant eu cours sur la Lune qui possède depuis sa morphologie actuelle En étudiant sa surface à l'œil nu puis avec des instruments ils ont découvert qu'elle comportait des zones sombres, les mers, et des zones claires. La surface de la Lune n’est pas uniforme. Très rapidement, du fait de la relative facilité d’observation, les hommes purent distinguer de grandes taches sombres qu’ils prirent pour l’équivalent de leurs océans terrestres et auxquelles ils donnèrent le nom latin de maria (mers). Seules les régions les plus élevées ont échappé à ce remplissage. Ce sont les zones claires où l'on découvre au télescope de très nombreux cratères d'impacts et quelques chaînes de montagnes. Ce scénario a été corroboré par l'analyse des échantillons de roches lunaires rapportées par les différentes missions Apollo entre 1969 et 1972. En réalité, ces étendues sombres constituées de de régolithe (couche de poussière fine et petits cailloux) ont une concentration supérieure de basalte, d’origine volcanique, et sont très inégalement réparties sur la surface lunaire, leur grande majorité se situant sur la face visible, la face cachée n’en ayant que quelques-unes, et de taille beaucoup plus réduite. Le reste de la surface lunaire est constitué par de grands plateaux recouverts de régolithe moins dense en basalte et donc beaucoup plus réfléchissant. Autre relief ponctuant la géographie lunaire, les multiples cirques et cratères, créés par les impacts de météorites de tailles diverses. Les maria couvrent 16 % de la surface lunaire, principalement sur la face visible depuis la Terre. Les quelques maria de la face cachée sont plus petites, et composées principalement de

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larges cratères dans lesquels s'écoulèrent de faibles quantités de basalte Elles occupent 31,2 % de la surface de la face visible de la lune, 2,6 % de la face cachée, probablement à cause d'une croûte plus mince et d'un manteau plus chaud de la face visible, favorisant les épanchements basaltiques. En effet, les maria étant plus denses que le reste de la surface lunaire, elles sont plus fortement attirées par la gravité terrestre. Après des millénaires, la rotation de la Lune s'est ralentie de façon que la face la plus "lourde" soit constamment orientée vers la Terre. La distribution irrégulière des mers à la surface de la Lune est probablement à l'origine du phénomène de rotation synchrone impliquant que la Lune met le même temps à tourner sur elle-même qu'à orbiter autour de la Terre, ce qui a pour conséquence d'avoir toujours la même face de la Lune visible depuis la Terre.

Trace d’un tunnel de Lave

Principaux cratères et mers lunaires : Mers : 1/ Oceanus Procellarum(tempêtes). 2/ Mare Imbrium (pluies). 3/ Mare Tranquillitatis.

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4/ Mare Serenitatis. 5/ Mare Nubium (nuées). 6/ Mare Fecunditatis. 7/ Mare Crisium. 8/ Mare Humorum. Z/ Mare Nectaris. Cratères: A/ Tycho. B/ Copernic. C/ Kepler.

Les cratères lunaires sont des cratères d’impact. Une longue discussion entre les astronomes n’a pas pu être tranchée, tant qu’on ne pouvait avoir des images de très bonne qualité et à courte distance. Vus de loin, les cratères pouvaient parfaitement être produits par des impacts ou par des volcans.

On trouve des cratères de toutes tailles. Les plus grands forment une transition avec les bassins d’impact. Sur la face visible, on observe les cratères Bailly (284 km), Clavius (225), Maginus (163), Ptolémée (153), Babbage (143), 1bel (122) …

sur la face cachée il y a l’immense cratère Apollo de 537 km de diamètre, Hertzsprung (591), Korolev (437), Lorentz (365)…

Les impacts les plus violents ont mélangé les matériaux superficiels et profonds.

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Copernic Tycho

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Kepler (océan des tempêtes) Tycho (sud)

Archimède (mer des Pluies)

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COMPOSITION STRUCTURE INTERNE

La structure interne de la Lune est celle d'un corps différencié composé d'une croûte géochimique distincte, d'un manteau et d'un noyau liquide. Cette structure est le résultat supposé de la cristallisation fractionnée d'un océan lunaire de magma peu de temps après sa formation il y a 4,5 milliards d'années. L'énergie nécessaire à la fusion de la partie extérieure de la Lune est généralement attribuée à un impact géant (un événement qui est supposé être à l'origine du système Terre-Lune) et à l'accrétion postérieure de matière dans l'orbite terrestre. La cristallisation de cet océan de magma aurait donné naissance à Une croûte riche en silicate (type Feldspath, Granite). Elle est faite de roches semblables à du granite, qui ont beaucoup de calcium, donc plus légère. L'épaisseur est différente entre la face cachée et la face visible de la Lune. Pour la face cachée, elle serait d'environ 90 km, alors qu'elle serait située entre 40 et 50 km pour la face visible. Un manteau mafique plus lourd (une roche silicatée est dite mafique quand elle est riche en magnésium et en fer. Cet adjectif est dérivé de « magnésium » et « ferrique » on dit aussi ferromagnésienne) Les modèles actuels considèrent qu'une grande partie de la Lune aurait été initialement en fusion, formant un océan de magma couvrant toute la surface de la Lune. Pendant la cristallisation de cet océan de magma, des minéraux comme l'olivine et le pyroxène auraient précipité et coulé au fond du magma pour former le manteau lunaire. La cristallisation ayant été accomplie environ aux trois-quarts, du plagioclase anorthositique (matériaux plus légers à base d’oxydes de Ca, Si, Al, Na) aurait commencé à se cristalliser, surnageant du magma en raison de sa faible densité, et formant ainsi une croûte.

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Un noyau lunaire, très chaud (près de 1 500 °C) et solide mesurerait environ 300 km de rayon constitué de Fer et Nickel entouré par une enveloppe relativement fine, d'environ 80 km d'épaisseur, d'un alliage liquide de fer et de souffre. Comme l'avaient suggéré de précédentes études, la structure globale du noyau lunaire est donc similaire à celui de la Terre mais avec un noyau externe liquide beaucoup plus petit en proportion. La Lune a une densité moyenne de 3 346,4 kg/m3, (Terre= 5567 kg/m3) faisant d'elle la deuxième lune la plus dense du système solaire après Io. Plusieurs séries de preuves suggèrent que le noyau de la Lune est petit. La taille du noyau de Lune serait seulement d'environ 20 % du rayon de la Lune, alors qu'il est plutôt de l'ordre de 50 % pour la plupart des autres corps telluriques.

MOUVEMENTS DE LA LUNE ET PHASES DE LA LUNE

Les Hommes, qui l'observent depuis longtemps, ont remarqué qu'elle présentait des phases successives qui revenaient tous les 29,53 jours, un cycle appelé lunaison.

LUNAISON ou MOIS

On retient en général ce nombre pour un changement

de Lune. 28 jours

Mois sidéral

Rotation sidérale. Retour à la même position dans le ciel par rapport aux

étoiles.

27, 321 661 jours

27j 7h 43 min 11,557s

Mois synodique Rotation synodique.

Retour à la même position par rapport au Soleil ou LUNAISON.

29, 530 587 jours

29j 12h 44min 2,8016s

Autrefois et plus tard Lunaison il y 45 millions

d'années Lunaison dans 2,8 milliards

d'années

29,1 jours 17 jours

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La lune fait un tour de la terre en 27,32 jours, soit 13,8°/j de A à A’ (révolution sidérale) mais pendant ce tour la terre aura avancé de 26,9° par rapport au soleil, il faudra donc encore environ 2 jours pour que la lune se trouve au même endroit par rapport au soleil en B révolution synodique.

La Lune se déplace autour de la Terre selon une orbite dont le plan est très proche de celui de l'écliptique du Soleil, incliné de 5°. Elle tourne également sur elle-même dans le même temps qu'elle décrit son orbite autour de la Terre ce qui explique qu'elle nous présente toujours la même face.

26,9°

26,9°

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Les phases de la Lune

Dernier Lune Pleine Lune Premier Quartier Gibbeuse Lune Gibbeuse Quartier

La position 1 correspond à la nouvelle lune, Position 2 au premier quartier, Position 3 est la pleine lune Position 4 est le dernier quartier.

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En fait le mouvement est complexe car le soleil intervient aussi dans l’attraction, les distances varient un peu car les révolutions sont elliptiques en plus d’autres mouvements complexes interviennent, rotation autour du barycentre, précession des équinoxes, nutation.

http://serge.bertorello.free.fr/astrophy/mouvements/mvmts13.html.

Trajectoire de la Lune autour de la terre pendant que celle-ci tourne autour du soleil En rouge la Lune est proche de plan de l'écliptique, position propice aux éclipses

Par rapport au soleil le couple Terre-lune peut être considéré comme formant un tout sur lequel la force d’attraction s’exerce au centre de gravité qui se situe non au centre de la terre mais entre la terre et la lune, au centre d’un rayon environ au barycentre de l’ensemble, point G sur le graphique La terre et la Lune tournent autour de ce Barycentre

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LES MARÉES La Terre seule dans l'espace serait soumise uniformément à la gravité et le niveau de la couche d'eau sur la planète serait pratiquement le même dans tous les océans. La Lune et, dans une moindre mesure le Soleil, exercent une attraction sur la Terre (et réciproquement) ayant pour effet de modifier localement le niveau des mers. C'est l'effet de marée. Du fait de son éloignement l’attraction du Soleil est deux fois moindre que celle de la Lune.

D'autre part, la Terre tourne autour du barycentre du système Terre-Lune, ce qui soumet les objets situés à sa surface à une force centrifuge. De façon simplifiée, la marée résulte donc de la combinaison de ces deux forces :

• la force résiduelle résultant de la combinaison des différentes forces d'attraction ; • une force centrifuge due à la rotation du système Terre-Lune

Mécanisme des marées : A. Syzygie ; B. Quadrature 1. Soleil ; 2. Terre ; 3. Lune 4. Direction de l'attraction par le Soleil 5. Direction de l'attraction par la Lune.

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Alors, deux jeux de forces se conjuguent sur tous les points de la planète :

Les forces d'attraction (rouges sur le schéma) en direction de la Lune, et Les forces centrifuges (vertes sur le schéma) en direction opposée à la Lune, dues à la rotation de la lune et de la terre autour du Barycentre

D'un côté de la Terre, la force d’attraction est supérieure à la force centrifuge. Du côté opposé à la Lune, la force centrifuge est supérieure à la force d’attraction.

Il faut rajouter que la révolution de la lune étant elliptique, l’attraction est plus forte au Périgée, ce qui intensifie la marée.

Barycentre

Si l'on regarde la trajectoire de la Terre autour du Soleil, on ne voit donc pas une ellipse, mais une sorte de boucle torsadée. Ceci dit, la torsade est très faible, et la différence de vitesse de déplacement d’un côté de la Terre par rapport à l’autre est de seulement 100 km/h (à comparer aux quelques 107 000 km/h qu’il possède pour tourner autour du Soleil). C’est donc assez peu, mais cela qui reste suffisant pour créer les marrées du côté opposé à la Lune par la force centrifuge.

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ÉCLIPSE DE LUNE . Lorsque le Soleil, la Terre et la Lune (dans cet ordre) sont alignés, il se produit une éclipse de Lune. La Lune se trouve dans le cône d'ombre de la Terre. Elle n'est plus visible. Une éclipse de Lune est observable lors des phases de pleine Lune, par tous les habitants se trouvant dans la nuit. Cela n'est possible que 2 à 4 fois par an.

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ÉCLIPSE DE SOLEIL

Lorsque le Soleil, la Lune et la Terre (dans cet ordre) sont alignés, il se produit une éclipse de Soleil. La Lune vient se placer entre le Soleil et la terre. L'ombre portée de la Lune se projette sur la Terre. L'éclipse totale n'est visible que depuis cette zone. L'éclipse du Soleil n'est visible que deux fois par an sur la Terre (lors des phases de nouvelle Lune)

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L’EXPLORATION DE LA LUNE

L'exploration de la Lune commence avec le lancement des premiers programmes spatiaux dans les années 1950. Les programmes soviétique Luna et américain Ranger inaugurent une série de missions d'exploration au moyen de sondes spatiales dont l'objectif principal est de cartographier et d'identifier les principales caractéristiques de l'environnement lunaire. Dans la course à l'espace les Soviétiques disposent de deux avantages : ils ont démarré leur programme spatial plus tôt et surtout leurs lanceurs, dérivés comme ceux des Américains de missiles balistiques porteurs de charges nucléaires, sont beaucoup plus puissants car ils ont été conçus pour porter des bombes atomiques aux dimensions plus importantes que les engins nucléaires américains: dès 1960, l'Union Soviétique dispose de la fusée Molnia capable de lancer vers la Lune une sonde spatiale de 1,5 tonne alors que le lanceur concurrent américain, l'Atlas-Agena, ne peut lancer que 300 kg vers la même destination. Au début de l'ère spatiale, les lanceurs manquent de fiabilité et de précision. Ils explosent en vol, la durée du temps de combustion des étages, dont dépend la précision des trajectoires, est mal maitrisée et l'allumage d'un étage durant le vol reste un exercice aléatoire. Une erreur de 1 m/s (0,01 %) dans la vitesse de la fusée, d'une minute d'arc dans l'azimut de la trajectoire ou de 10 secondes dans l'heure de lancement entraine un écart de 200 km au niveau de la Lune.

L’Exploration Soviétique (Luna ou Lunik) L'exploration de la Lune, corps céleste le plus accessible depuis la Terre, figure dans les premiers objectifs des programmes spatiaux des deux pays. Les sondes du programme Luna, qui sont lancées entre 1959 et 1976, peuvent être regroupées dans 7 grandes familles aux caractéristiques très différentes Impacteurs du 23/09/58 au 12/9 /59 avec 1,5/6 de réussite et 370 kg environ Orbiteurs du 4/10/59 au 19/4/60 1/3 280 kg Atterrisseurs 4/01/63 au 21/12/66 2/13 1500 kg Orbiteurs 1/03/66 au 7/4/68 2/3 1600 kg Rover 19/02/69 au 8/1/73 2/3 5700 kg Retour 14/06/69 au 9/8/76 3/11 5700 kg échantillon Orbiteur 3/10/71 au 29/5/74 2/2 5700 kg On notera qu’il y a beaucoup de déchet, raison pour laquelle les Soviétiques n’annoncent leurs missions qu’une fois celles-ci réussies. L'URSS réussit le 2 janvier 1959 à lancer la sonde spatiale Luna 1 qui effectue le premier survol de la Lune à une distance de 5995 km. Elle devait s’écraser sur la lune mais du fait d’un arrêt trop retardé du 2ième étage elle passe en orbite héliocentrique. Ses instruments permettent cependant de découvrir le vent solaire. Aucun champ magnétique significatif d'origine lunaire n'est mis en évidence et le flux de micrométéorites s'avère beaucoup plus faible que prévu. Le 12 septembre 1959 Luna 2 réussit parfaitement sa mission et vient s’écraser sur le sol Lunaire, c’est le premier engin construit par l'homme à atteindre la surface d'un autre corps céleste. La sonde s'écrase à l'est de la Mare Imbrium (mer des pluies). Le 4 octobre 1959 lancement de Luna 3. Le 7 octobre, la sonde Luna 3 transmet les premières images de la face cachée de la Lune, qui ne peut jamais être vue depuis la Terre.

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La sonde automatique ne retransmit que des clichés de mauvaise qualité, mais par traitement informatique on parvint à produire à partir de ceux-ci le premier atlas de la face cachée. Très accidentée, celle-ci s'avérait fort différente de la face visible. On y distingue seulement deux régions sombres baptisées Mare Moscoviense (Mer de Moscovie) et Mare Desiderii (Mer des rêves). À la suite d'autres observations, on s'aperçut que Mare Desiderii était en fait constituée d'une mer plus petite, Mare Ingenii(Mer de l'ingéniosité) et de plusieurs autres cratères.

Luna 3 Entre 1963 et 1965 : La sonde Luna 4 n’arrive pas à atterrir mais survole la Lune à une distance de 833km. Les sondes Luna 5,6,7,8 devant atterrir s’écrasent sur le sol lunaire Luna 9 lancée le 31 janvier 1966 se pose en douceur le 3 février 1966 à 18 h 44 min 52s UTC dans l’Oceanus Procellarum (des Tempêtes) et envoie les premières images panoramiques du sol lunaire.

Sonde Luna 9

Lors de son plus proche passage, le 6 octobre 1959 à 14h 16 (UTC), la sonde survola la Lune à moins de 6 200 km d'altitude vers le pôle Sud puis poursuivit sa route vers la face cachée. Le 7 octobre, la cellule photoélectrique détecta la face cachée, alors éclairée par le Soleil, ce qui déclencha la séquence photographique. La toute première image fut prise à 03h 30 (UTC) à 63 500 km d'altitude et la dernière 40 minutes plus tard à 66 700 km. Au total, 29 prises furent réalisées couvrant 70 % de la face cachée. La sonde a pu repartir vers la terre où les photos ont pu être transmises avant de bruler dans les couches supérieures de l’atmosphère L’objectif suivant est d’atterrir en douceur sur la Lune ; mais dans cette période on assiste à de nombreux échecs, et le matériel est fortement modifié.

Les soviétiques battent ainsi une fois de plus les américains qui parviennent à poser Surveyor 1 le 2 juin 1966 à la première tentative après avoir été longtemps retardé par les déboires de l'étage Centaur. La sonde soviétique parvient à réaliser et transmettre quatre panoramas avant que sa batterie, source unique d'énergie, ne s'épuise. Les objectifs étaient d’obtenir des informations sur

• la quantité de cratères, leur structure ainsi que leur taille ;

• la quantité, la distribution et la taille des roches ; • les propriétés mécaniques de la surface telles que

sa résistance, sa cohésion, sa compressibilité ; • la détermination et la reconnaissance des processus

à l'origine des formations géologiques visibles à la surface lunaire.

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Un deuxième atterrisseur du même modèle, Luna 10 est lancé le 21 décembre 1966 et parvient également à se poser en douceur. Luna 11 et 12 furent lancées vers la Lune depuis une orbite terrestre intermédiaire et se placèrent en orbite lunaire les 28 août et 25 octobre1966. Les objectifs de la mission incluaient l'étude :

• des émissions lunaires X et gamma afin de déterminer la composition chimique de la Lune ; • des anomalies gravitationnelles de la Lune ; • de la densité des flux de météorites en orbite lunaire ; • de l'intensité des radiations dans la région lunaire. Luna 13

Luna 14 est lancée le 7 avril 1968 se met en orbite lunaire pour étudier les anomalies de gravité (Mascons) Luna 15 partie le 13 juillet 1969 pour ramener des échantillons du sol lunaire, s’écrasera dans Mare Crisium (des Crises) une vingtaine d’heure après les premiers pas sur la Lune des Américains Neil Armstrong et Edwin Aldrin, et après avoir effectué 52 révolutions autour de l'astre du 17 au 21 juillet. Luna 16 est lancée le 12 septembre 1970. La sonde spatiale réussit pour la première fois dans l'histoire de l'exploration spatiale à recueillir et rapporter sans intervention humaine un échantillon du sol de 101g d'un autre corps céleste sur Terre. À la date de lancement, des roches lunaires avaient déjà été rapportées sur Terre par les missions américaines Apollo 11 et Apollo 12. Luna 17 est lancée le 10 novembre 1070, embarquant le Lunokhod 1, et effectue un alunissage le 17 novembre à 3h47 UTC dans la mer des Pluies. Les rampes sont abaissées et Lunokhod 1 débarque quelques heures plus tard. Le déroulement de la mission est suivi avec un grand intérêt par le public des deux côtés du Rideau de fer, qui est fasciné par cette nouvelle expérience. Malgré les difficultés de l'équipe chargée de piloter le Lunokhod, celui-ci ne tombe finalement en panne que le 14 septembre 1971, après avoir dépassé trois fois la durée de vie pour laquelle il avait été conçu et après avoir parcouru 10,5 km, pris 20 000 photos, 206 panoramiques, effectué 25 analyses et 500 tests de dureté du sol Luna 18, s’écrasera sur le sol Lunaire, Luna 19 lancé en1971 restera en orbite lunaire pendant 10 mois, et Luna 20 ramènera 55g d’échantillon sur terre.

Luna 13 fut lancée vers la Lune le 21 décembre 1966. Elle atterrit le 24 décembre dans Oceanus Procellarum (l'océan des tempêtes). Elle transmit des photos et procéda à des analyses du sol.

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Luna 21 embarquant Lunokhod 2 est lancée le 8 janvier 1973 et atterrit le 15 janvier dans le cratère Le Monnier. Lunokhod 2 survit jusqu'au 3 juin après avoir parcouru 37 km et effectué 80 000 photos et 86 panoramiques

Lunokhod 1 Luna 21

Lunokhod 2 Détail des roues et du système de suspension Ces robots étaient bien équipés en instruments scientifiques : 2 Caméras TV, 4 caméras panoramiques, un compteur kilométrique, un pénétromètre Spectromètre FX, détecteurs de rayons cosmiques, télescope à rayons X pour observer le soleil et la galaxie, un réflecteur Laser fournit par la France, un radiomètre ,un photomètre en lumière visible et UV, et un magnétomètre. De nombreux enseignements scientifiques purent être tirés des photos de roches, du sol, des cratères, des formations géologiques et des empreintes de roues. Les caméras des deux astromobiles réalisèrent en tout dix mille photos et trois cents panoramiques. De nombreuses mesures de la résistance du sol ont été réalisées à l'aide des pénétromètres. Le spectromètre de fluorescence X a permis d'effectuer des analyses chimiques du sol de la mer des Pluies et de celui du cratère Le Monnier composé essentiellement de roches basaltiques comprenant toutefois sur les bords du cratère Le Monnier des concentrations plus élevées de silicium, d'aluminium et de potassium. Les réflecteurs laser ont été utilisés pour mesurer la distance entre la Terre et la Lune : des tirs de laser effectués depuis l'observatoire du Pic du Midi en France et l'Observatoire de Simeiz en Crimée ont permis de mesurer la distance Terre-Lune avec une précision de 3 mètres

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pour Lunokhod 1 et de 40 cm pour Lunokhod 2. Ces mesures répétées régulièrement par la suite ont permis de mieux connaître les évolutions périodiques et séculaires de la distance Terre-Lune. Le magnétomètre de Lunokhod 2 a détecté un champ magnétique très faible fluctuant sous l'influence du champ magnétique interplanétaire. Le photomètre a permis d'effectuer des découvertes plutôt surprenantes : durant la journée lunaire, la lumière du Soleil est partiellement interceptée par la poussière en suspension tandis que la nuit, lorsque la Terre est visible, la luminosité est 15 fois plus importante que sur Terre durant les nuits de pleine Lune. Des mesures du rayonnement cosmique atteignant le sol lunaire ont été effectuées à l'aide du détecteur embarqué tandis que le télescope à rayons X a permis d'effectuer des observations du Soleil et de la galaxie. Alexandre Kemourdjian, concepteur du châssis des Lunokhod, fut mis à contribution pour la fabrication d'un robot bulldozer, fondé sur ses expériences lunaires, afin de pousser des déchets radioactifs du toit de la centrale nucléaire de Tchernobyl après l'accident nucléaire. Il fut envoyé aux États-Unis, après la fin de la guerre froide, afin de montrer ses robots Luna 22 lancé en1974 restera en orbite lunaire pendant 15 mois, Luna 23 retournera sur terre à vide la foreuse étant endommagée et enfin la dernière mission Luna 24 ramènera 170,1 g d’échantillon sur terre.

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L’Exploration Américaine (Apollo) Parti avec retard, la NASA met sur pied plusieurs programmes destinés à préparer de manière systématique les futures missions habitées du programme Apollo.

• Les premières sondes du programme Pioneer (1958-1960) sont consacrées à l'exploration lunaire. Aucune n'atteint son objectif à la suite soit de défaillances du lanceur soit de problèmes rencontrés par la sonde elle-même.

• Les sondes du programme Ranger (1960-1965), après avoir connu une série d'échecs, envoient des milliers de photos prises avant de s'écraser sur la Lune.

• Le programme Lunar Orbiter (1965-1967) est constitué de 5 sondes qui réalisent des photographies détaillées des sites d'atterrissage présélectionnés pour les missions du programme Apollo et permettent de cartographier 99 % de la surface lunaire.

• Les sondes du programme Surveyor (1966-1968) en effectuant un atterrissage en douceur sur la Lune donnent de précieuses indications sur la consistance du sol lunaire et les techniques d'atterrissage utilisant un radar qui furent utilisées pour définir les caractéristiques du train d'atterrissage du module lunaire Apollo

Programme Ranger L’objectif du programme Ranger était d'obtenir des photographies du sol de la Lune grâce à l'envoi de sondes spatiales équipées de caméras. Neuf sondes ont été lancées entre 1961 et 1965 dont seules les trois dernières ont pu atteindre leur objectif. Toutes ces sondes étaient des Impacteurs, c’est à dire qu’elles devaient prendre des photos régulièrement jusqu’à l’impact sur le sol linaire. Chaque sonde Ranger emporte 6 appareils photo. Ceux-ci ne diffèrent que par le temps d'exposition, le nombre de vues, l'objectif et la vitesse de transmission de l'image vers la Terre. Les images fournies dans les derniers instants de la sonde ont une définition mille fois meilleure que celle qui peut être obtenue depuis la Terre. Ranger 7 lancée le 28 juillet 1964 s'écrase sur la Lune le 31 juillet 1964 sur Mare Cognitum (mer connue) Ranger 8 lancée le 17 février 1965 s’écrase 3 jours plus tard sur Mare Tranquillitatis (tranquillité)

l Ranger dernière génération Photo prise par Ranger 7 17 minutes avant son impact sur le sol lunaire- Cratère Alphonse

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Ranger 9 lancée le 21 mars 1965 s’écrase dans le cratère Alphonse Le Programme Lunar Orbiter : Il comprend une série de cinq sondes spatiales américaines lancées par la NASA entre 1966 et 1967 pour effectuer une cartographie du sol de la Lune afin de repérer les zones d'atterrissage des vaisseaux du programme Apollo et compléter le travail effectué par les sondes Surveyor et Ranger. Les cinq vols furent couronnés de succès et 99 % de la surface de la Lune fut cartographiée avec une résolution inférieure ou égale à 60 mètres et de l'ordre du mètre pour les photos les plus précises. Le programme permit également de tester le système de télémétrie mis en place par la NASA, d'identifier et mesurer les anomalies du champ de gravité lunaire, de faire des mesures de la fréquence des micrométéorites et de l'intensité du rayonnement cosmique.

Sonde Lunar Orbiter

MissionsLunarOrbiter

Lunar Orbiter 1 Lunar Orbiter 2 Lunar Orbiter 3 Lunar Orbiter 4 Lunar Orbiter 5

Date de lancement 10-août-66 06-nov-66 05-févr-67 04-mai-68 1er août 1968

Périlune(km) 40.5 41 44 2668 97

Apolune(km) 1857 1871 1847 6151 6092

Inclinaison(°) 12 12 21 85.5 85

Période(h) 3.5 3.5 3.5 12 8.5,3.0

Activité

Photographies des sites d'atterrissage potentiels du 18 au

29 août 1966

Photographies des sites d'atterrissage potentiels du 18 au 25 novembre 1966

Photographies des sites d'atterrissage potentiels du 15 au

23 février 1967

Cartographie de la Lune du 11 au 26

mai 1967

Cartographie de la Lune et étude de

sites en haute résolution du 6 au 18

août 1967

Nb prises de vues HR 42 609 477 419 633

Nb prises de vues MR 187 208 149 127 211

Altitude de prise de vue (km) 44 - 1581 41 - 1519 44 - 1463 2668 - 6151 97 - 5758

Résolution au périlune (m) 8 1 1 58 2

Résolution à l'apolune (m) 275 33 32 134 125

Les trois premières sondes avaient pour objectif de photographier 20 sites d'atterrissages potentiels présélectionnés par des observations effectuées depuis la Terre. Ces vols ont été effectués sur des orbites de faible inclinaison, quasi équatoriales. Les vols des quatrième et

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cinquième sondes furent consacrés à des objectifs scientifiques plus étendus et s'effectuèrent sur des orbites polaires à des altitudes élevées. Lunar Orbiter 4 photographia toute la face visible de la Lune ainsi que 95 % de la face cachée de la Lune tandis que Lunar Orbiter 5 complétait la couverture de la face cachée et effectuait des photos de 35 zones présélectionnées pour leur intérêt scientifique ou en tant que zone d'atterrissage potentielle pour les missions Apollo Applications* avec une résolution moyenne (20 m) et haute (2 m). *Devait constituer la suite du programme Apollo mais fut annulé pour des raisons budgétaires

Première photo de la terre Face cachée très cratérisée

Cratère Aristarque Cratère Copernic

Programme Surveyor C’est un programme d'exploration de la Lune par des engins automatiques qui a joué un rôle important dans la préparation des missions du programme Apollo. Ce sont des atterrisseurs L’objectif principal est la mise au point d'une méthode d'atterrissage en douceur ainsi que l'étude du sol lunaire et de sa topographie. La Lune est à l'époque mal connue et les scientifiques n'ont

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pas de certitude sur la consistance du sol lunaire. Il est impératif de connaitre ce paramètre pour valider la conception du train d'atterrissage des modules lunaires

Les missions Surveyor

Sonde Date du lancement

Masse (kg) totale/atterrissage

Lieu d'atterrissage

Principaux instruments embarqués

Résultat

Surveyor1 30-mai-66 995 / 294 OcéandesTempêtes

Caméra Succès

Surveyor2 20-sept-66 - /292 - Caméra Échec

Surveyor3 17-avr-67 1026/296 MerdelaConnaissance

Caméra, pelle Succès

Surveyor4 14-juil-67 1038/283 - Caméra, pelle Échec

Surveyor5 08-sept-67 1006/303 MerdelaTranquillité

Caméra, analyseur à

rayons alpha Succès

Surveyor6 07-nov-67 1006/300 SinusMediiCaméra,

analyseur à rayons alpha

Succès

Surveyor7 07-janv-68 1039/306 CratèreTychoCaméra, pelle,

analyseur à rayons alpha

Succès

Surveyor 1 atterrit le 2 juin dans l’Oceanus Procellarum (« Océan des Tempêtes ») après avoir rebondi de quelques centimètres. Une photo d'une des semelles faiblement enfoncées dans le sol lunaire transmise immédiatement à la Terre permet de constater que la sonde n'a pas été engloutie par le régolithe comme l'avançaient les plus pessimiste

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Sonde Surveyor L'enfoncement modéré de la semelle du train d'atterrissage de Surveyor 1 dans le sol lunaire apporte une réponse rassurante aux responsables du programme Apollo

Six missions succèdent à Surveyor 1 entre 1966 et 1968, dont quatre réussies. Surveyor 2 effectue un vol parfait mais l'un des moteurs verniers de la sonde refuse de fonctionner lors des corrections de trajectoire à mi-parcours malgré plusieurs manœuvres commandées depuis la Terre. La sonde incontrôlable s'écrase sur la Lune La mission Surveyor 3 est lancée le 17 avril 1967 puis, après un transit vers la Lune et une phase d'atterrissage sans incident, réussit à se poser mais de manière peu conventionnelle : les moteurs verniers ne s'arrêtent pas comme prévu car le radar ne reçoit plus les réflexions du sol. Les moteurs verniers réagissent à chaque fois que la sonde se pose en tentant de maintenir la sonde verticale, ce qui la fait redécoller. La sonde rebondit ainsi à trois reprises sur le sol lunaire, la première fois à plus de 10 mètres de hauteur, avant que l'équipe sur Terre envoie un ordre d'extinction aux moteurs. L'explication la plus probable est que le radar d'atterrissage a été leurré par le rebord du cratère dans lequel la sonde s'est posée. Bien que faisant partie des sondes du Block I, Surveyor 3 emporte une petite pelle disponible en principe uniquement sur la version suivante mais avec un nombre de jauges plus limité ; celle-ci permet d'obtenir des informations supplémentaires sur la structure du sol lunaire Surveyor 4 est lancée le 14 juillet 1967, mais le contact avec l'engin est perdu deux minutes et demie avant son atterrissage peu après la mise à feu de sa rétrofusée. Surveyor 5, lancée le 8 septembre 1967, après avoir frôlé l'échec à cause d’une fuite d’hélium, la sonde se pose sans problème dans la Mer de la Tranquillité sur la pente à 20° d'un petit cratère à 30 km de son objectif. Elle est la première sonde de la version Block II mieux équipée en instruments scientifiques ; elle emporte un analyseur à rayons alpha qui est utilisé avec succès pour déterminer les principaux éléments chimiques présents dans le sol environnant. Au cours de la mission, les moteurs verniers sont mis à feu durant une demi-seconde pour tester la manière dont la surface est érodée par le souffle des moteurs et en déduire certaines de ses caractéristiques mécaniques. La sonde transmet des données d'excellente qualité peu de temps après s'être posée jusqu'au 18 octobre 1967. Après l'interruption de transmission due à la première nuit lunaire du 24 septembre au 15 octobre 1967, l'envoi de données reprend jusqu'au début de la nuit lunaire suivante le 1er novembre 1967. Des données continuent d'être transmises au cours du troisième et du quatrième jour lunaire. La dernière transmission a lieu le 17 décembre 1967. Au total, 19 049 images du sol lunaire sont reçues par la NASA. Surveyor 6 est lancée le 7 novembre 1967 et se pose sans encombre dans la plaine de Sinus Medii ; ce site avait été retenu successivement pour les sondes défaillantes Surveyor 2 et Surveyor 4 et devait servir de lieu d'atterrissage de rechange pour la première mission Apollo. Comme pour Surveyor 5, un test de remise à feu des moteurs verniers est réalisé mais cette fois-ci la poussée exercée est à la fois plus longue (2,5 secondes) et latérale : soulevée par la brève impulsion de ses moteurs, la sonde s'élève de 3,5 mètres tout en se déplaçant de 2,5 mètres. Les photos prises avant et après permettent de constater que les traces d'érosion du sol par le souffle des tuyères sont réduites. Une nouvelle analyse de la composition du sol par l'analyseur à rayons alpha produit des résultats comparables à ceux fournis par Surveyor 5. À l'issue de la mission de Surveyor 6, tous les objectifs assignés au programme sont remplis. Les responsables du programme décident qu'ils peuvent désormais prendre un risque pour répondre aux attentes des scientifiques.

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Surveyor 7 est lancé le 7 janvier 1968 et doit se poser près du cratère Tycho dans une zone couverte de débris rocheux éjectés par l'impact à l'origine du cratère donc peu propice à un atterrissage réussi. Tycho est un cratère relativement récent qui a été choisi par les géologues parce qu'il semble présenter une formation géologique très différente des mersqui ont été explorées jusque-là dans le cadre du programme Surveyor. Malgré le caractère chaotique de la zone d'atterrissage, la sonde réussit un atterrissage parfait à 2,5 km du point visé. La sonde emporte à la fois une pelle et un analyseur à rayons alpha. Pour abaisser ce dernier, qui reste bloqué en position haute, les opérateurs sur Terre ont recours aux services de la pelle. Le sol se révèle plus mou que celui des précédents sites et sa composition est légèrement différente avec une proportion de fer nettement inférieure (2 % au lieu de 5 %) Le Programme Apollo

Mission Fusée

Date de lancement Type de mission Résultats

Apollo1 Saturne IB 27-janv-67 Mission habitée Incendie , 3 morts

Apollo2 Saturne IB 25-aou-66 Mission non habitée

Apollo3 Saturne IB 05-juil-66 Mission non habitée

Apollo4 Saturne V 09-nov-67 Mission non habitée Rentrée dans l'atmosphère, Succès

Apollo5 Saturne IB 12-févr-68 Mission non habitée

Apollo6 Saturne V 04-avr-68 Mission non habitée

Apollo7 Saturne IB 11-oct-68 Mission habitée, survol

Apollo8 Saturne V 21-déc-68 Mission habitée, survol

Apollo9 Saturne V 03-mars-69 Mission habitée, survol

Apollo10 Saturne V 18-mai-69 Mission habitée, orbiteur

Apollo11 Saturne V 16-juil-69

Mission habitée, exploration surface

Premier homme sur la Lune

Apollo12 Saturne V 14-nov-69 Mission habitée, exploration surface

Apollo13 Saturne V 11-avr-70

Mission habitée, exploration surface Échec

Apollo14 Saturne V 31-janv-71 Mission habitée, exploration surface

Apollo15 Saturne V 26-juil-71

Mission habitée, exploration surface

Mise en œuvre d'un rover

Apollo16 Saturne V 16-avr-72 Mission habitée, exploration surface

Apollo17 Saturne V 07-déc-72

Mission habitée, exploration surface

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Les Fusées Saturne IB et V La fusée spatiale Saturn IB de 68m de haut, 6,6m de large et d’une masse de 590t au décollage, est une version perfectionnée du lanceur Saturn I, qui disposait d'un second étage plus puissant, le S-IVB. Au contraire de Saturn I, le modèle IB était capable de placer le module de commande d'Apollo en orbite terrestre, ce qui en faisait un lanceur de choix pour tester le vaisseau Apollo pendant que la fusée Saturn V indispensable au lancement complet, était toujours en cours d'élaboration. Saturn IB fut utilisé plus tard, pour les missions habitées Skylab et le projet Apollo-Soyouz.

Saturn V est le nom de la fusée spatiale qui a été utilisée par la NASA pour les programmes Apollo et Skylab entre 1967 et 1972, en pleine course à l'espace entre Américains et Soviétiques.

Il s'agissait d'un lanceur à plusieurs étages, de 110,9m de haut, 10,1m de diamètre et 3038 t au décollage à ergols liquides, dernier né de la famille de lanceurs Saturn conçue sous la direction de Wernher von Braun au Centre de vol spatial Marshall (MSFC) à Huntsville en Alabama,

Saturn V, avec ses 3 étages reste toujours actuellement le lanceur spatial le plus imposant qui ait été utilisé en opération, que ce soit du point de vue de la hauteur, de la masse au décollage ou de la masse de la charge utile injectée en orbite. Seule la fusée russe Energia, qui ne vola que pour deux missions de test , la dépassa un peu au niveau de la poussée au décollage.

Le programme Apollo entraîne un changement d'échelle : comparaison des lanceurs et véhicules spatiaux des programmes Mercury, Gemini et Apollo.

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Le Vaisseau Apollo Module Lunaire

Le vaisseau Apollo transporte les astronautes à l'aller et au retour. Pesant plus de 30 tonnes, il est pratiquement dix fois plus lourd que le vaisseau Gemini IL comprend un module de commande (CM) abrite l'équipage et un module de service (SM) cylindrique, contient le moteur de propulsion principal l'essentiel des sources d'énergie ainsi que l’équipement nécessaire à la survie des astronautes. Le module de service est largué juste avant l'atterrissage. sert par ailleurs de plate-forme de lancement au deuxième étage, l'étage de remontée, qui ramène les astronautes au vaisseau Apollo en orbite à la fin de leur séjour sur la Lune. La structure du module lunaire est, pour l'essentiel, réalisée avec un alliage d'aluminium choisi pour sa légèreté.

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Les Vols de la Fusée IB 3 vols ont été réalisés, AS-201, AS-202,AS-203 (rétrospectivement et officieusement Apollo 1a Apollo 3 et Apollo 2) les 26/02,05/07/ et 25/08/1966 et ont tous réussis. Ces 3 vols inhabités, permettent de tester l’étage IV4 de Saturne V, le comportement de l'hydrogène et de l'oxygène liquide dans les réservoirs une fois la fusée placée en orbite le moteur du vaisseau Apollo la tour de sauvetage et le comportement du bouclier thermique soumis à un échauffement prolongé lors de la rentrée dans l’atmosphère L'incendie du module de commande et de service d’Apollo Le 27 janvier 1967, alors que l'équipage du premier vol habité Apollo 1 (initialement AS-204) qui doit décoller un mois plus tard effectue une répétition au sol en conditions réelles, un incendie se déclare dans le vaisseau Apollo (CSM) , dû vraisemblablement à un court-circuit sur un cable dénudé. A l’intérieur les trois astronautes se trouvent sanglés sur leurs couchettes. Les flammes font rage dans l'atmosphère confinée et composée uniquement d'oxygène. Virgil Grissom, Edward White et Roger Chaffee décèdent asphyxiés sans être parvenus à ouvrir l'écoutille dont le mécanisme complexe ne permettait pas une ouverture rapide. L'enquête révèle l'utilisation de nombreux matériaux inflammables dans la cabine et beaucoup de négligences dans le câblage électrique et la plomberie. Le déclenchement et l'extension de l'incendie avait été favorisé par l'atmosphère d'oxygène pur (dépourvue d'azote) donc extrêmement inflammable, Les missions sans équipage de la fusée Saturne Apollo 4 (9 novembre 1967), mission non habitée, premier essai du lanceur Saturn V . À cette occasion, un vaisseau Apollo effectue pour la première fois une rentrée atmosphérique qui restera la rentrée terrestre la plus rapide jusqu'à Stardust. Afin de recueillir un maximum d'informations sur le comportement de la fusée, 4 098 capteurs sont installés. Le premier lancement des Saturn V est un succès complet. Apollo 5 (22 janvier 1968 – 12 février 1968), mission non habitée, essai du lanceur Saturn IB et du module lunaire. La mission Apollo 5 doit permettre de tester le module lunaire dans des conditions de vol réelles, c'est-à-dire dans le vide spatial. Il s'agit en particulier de vérifier le fonctionnement de ses moteurs d'ascension et de descente, ainsi que sa capacité à effectuer les manœuvres de séparation prévues. La mission est également destinée à tester une manœuvre d'urgence consistant à mettre à feu les moteurs d'ascension sans avoir largué l'étage de descente (manœuvre d'interruption de la phase d'atterrissage). Malgré quelques caprices de l'électronique du module lunaire, le fonctionnement de celui-ci peut être validé par ce vol. Apollo 6 (4 avril 1968) mission non habitée, deuxième vol des Saturn V. La mission Apollo 6 est une répétition plus complète d’Apollo 4. Le test est peu satisfaisant : deux des moteurs J-2 du 2e étage cessent prématurément de fonctionner ce qui ne peut être compensé que par une durée de fonctionnement prolongée des autres moteurs de l'étage. Alors que la fusée est sur son orbite de parking, l'unique moteur J-2 du 3e étage refuse de se rallumer pour simuler l'injection sur une trajectoire lunaire. En sollicitant le moteur du vaisseau Apollo, les équipes de la NASA parviennent malgré tout à effectuer les tests attendus. Malgré ces péripéties, la NASA estima que désormais la fusée Saturn V et les véhicules Apollo pouvaient embarquer des équipages en toute sécurité. Les vols habités préparatoires Le premier vol habité n'a lieu qu'en octobre 1968 mais les missions destinées à valider le fonctionnement des différents composants du programme et à effectuer une répétition presque complète d'une mission lunaire, se succèdent rapidement. Quatre missions préparatoires se déroulent sans anomalie majeure sur une période de sept mois86.

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• Apollo 7 (11 octobre 1968 – 22 octobre 1968). Apollo 7 est la première mission habitée du programme Apollo., avec Walter SCHIRRA, Donn Eisele, Walter CUNNINGHAM.

Son but est de valider les modifications effectuées sur le vaisseau spatial à la suite de l'incendie d’Apollo 1(CMS version 2). Une fusée Saturn IB est utilisée car le module lunaire ne fait pas partie de l'expédition. Au cours de son séjour en orbite, l’équipage répète les manœuvres qui seront effectuées lors des missions lunaires.

Apollo 8 (21 décembre 1968 – 27 décembre 1968) La mission Apollo 8 est le premier vol habité à quitter l’orbite terrestre. À ce stade d'avancement du programme, il s'agit d'une mission risquée car une défaillance du moteur du vaisseau Apollo au moment de sa mise en orbite lunaire ou de son injection sur la trajectoire de retour aurait pu être fatale à l'équipage d'autant que le module lunaire a été remplacé par une maquette. Mais les dirigeants de la NASA redoutent un coup d'éclat des Soviétiques pour la fin de l'année et décident de courir le risque. Les astronautes font au total dix révolutions autour de la Lune. Durant ce vol, ils réalisent de nombreux clichés de la Lune dont le premier lever de Terre. Apollo 8 permet pour la première fois à un homme d'observer directement la « face cachée » de la Lune.

Apollo 8 permet pour la première fois à un homme d'observer directement la « face cachée » de la Lune. L'une des tâches assignées à l'équipage consistait à effectuer une reconnaissance photographique de la surface lunaire, notamment de la mer de la Tranquillité où devait se poser Apollo 11. L'équipage d’Apollo 8 (de gauche à droite James A. Lovell Jr.,

Après avoir quitté l’orbite terrestre et effectué leur rentrée dans l’atmosphère, la capsule et son équipage sont récupérés sans incident dans l’Atlantique. C’était la première mission américaine à envoyer une équipe de trois hommes dans l'espace et à diffuser des images pour la télévision. La fusée Saturn IB ne sera plus utilisée par la suite dans le cadre du programme d'exploration lunaire

Donn Eisele, Walter Schirra, Walter Cunningham

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• Apollo 9 (3 mars 1969 – 13 mars 1969) Apollo 9 constitue le premier essai en vol de l’ensemble des équipements prévus pour une mission lunaire : fusées Saturn V, module lunaire et vaisseau Apollo. Pour la première fois, on baptise le vaisseau Apollo (Gumdrop) et le Lem (Spider), une décision destinée à faciliter les communications avec le sol lorsque les deux vaisseaux ont un équipage. Les astronautes effectuent toutes les manœuvres de la mission lunaire tout en restant en orbite terrestre. de la mission lunaire tout en restant en orbite terrestre. Le module lunaire simule un atterrissage puis réalise le premier rendez-vous réel avec le vaisseau Apollo.

Test du module lunaire d’Apollo 9 en orbite autour de la Terre.

Apollo 10 (18 mai 1969 – 26 mai 1969) Les dirigeants de la NASA envisagèrent que cette mission soit celle du premier atterrissage sur le sol lunaire, car l'ensemble des véhicules et des manœuvres avait été testé sans qu'aucun problème majeur n'ait été détecté. Mais, dans la mesure où les Soviétiques ne semblaient pas préparer de mission d'éclat, ils préférèrent opter pour une dernière répétition au réalisme encore plus poussé. Peu après avoir quitté son orbite terrestre basse, le vaisseau Apollo, surnommé « Charlie Brown », exécuta la manœuvre d'amarrage au LEM. Après s'être séparé du troisième étage de Saturn V, il effectua une rotation à 180° puis arrima son nez au sommet du module lunaire avant de l'extraire de son carénage. Une fois le train spatial placé en orbite autour de la Lune, le module lunaire, surnommé « Snoopy », entama la descente vers le sol lunaire qui fut interrompue à 15,6 km de la surface. Après avoir largué l'étage de descente non sans quelques difficultés dues à une erreur de procédure, le LEM réalisa un rendez-vous avec le vaisseau Apollo. La mission reproduisit les principales étapes du vol final, à la fois dans l'espace et au sol. Young était aux commandes du vaisseau Apollo alors que Stafford et Cernan occupaient le module lunaire.

Les astronautes effectuent également une sortie extravéhiculaire de 56 minutes pour simuler le transfert d'équipage du module lunaire au vaisseau Apollo en passant par l'extérieur (manœuvre de secours mise en œuvre en cas d'amarrage infructueux entre les deux vaisseaux). En outre, ils testent l'utilisation du module lunaire comme « canot de sauvetage » dans la perspective d'une défaillance du vaisseau Apollo ; c’est cette procédure qui sera utilisée avec succès par l’équipage d’Apollo 13. Les astronautes étaient James DIvitt, David Scott, et Russell Schweickart

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Les missions lunaires

L'équipage d’Apollo 11 ; de gauche à droite Neil Armstrong, Michael Collins et « Buzz » Aldrin

Apollo 11 Le 21 juillet 1969, les astronautes Neil Armstrong et Buzz Aldrin, après quelques péripéties atterrissent dans la mer de la Tranquillité. Ils séjourneront 21 heures et 36 minutes à la surface de la Lune et effectueront une sortie extravéhiculaire unique d'une durée de 2 heures et 31 minutes. Après avoir redécollé et réalisé un rendez-vous en orbite lunaire avec le module de commande et de service, le vaisseau Apollo reprend le chemin de la Terre et amerrit sans incident dans l'océan Pacifique à l'issue d'un vol qui aura duré 8 jours, 3 heures et 18 minutes. Au cours de cette mission 21,7 kilogrammes de rocheet de sol lunaires sont collectés et plusieurs instruments scientifiques sont installés sur la surface de notre satellite. Bien que l'objectif scientifique d'Apollo 11 ait été limité par la durée du séjour sur la Lune et la capacité d'emport réduite des vaisseaux spatiaux utilisés, la mission fournit des résultats substantiels. Son déroulement, en particulier les premiers pas sur la Lune filmés par une caméra vidéo et retransmis en direct, constituent un événement suivi sur toute la planète par des centaines de millions de personnes.

• Apollo 12 (14 novembre 1969 – 24 novembre 1969) 32 secondes après son décollage, la fusée Saturn V est frappée par la foudre, entraînant une perte temporaire de la puissance électrique et des instruments du module de commande, mais l'équipage réussit à redémarrer ce dernier et poursuivre la mission. Le module lunaire fait un atterrissage de précision dans l'Océan des Tempêtes à 180 m de la sonde spatiale Surveyor 3 dont certains éléments seront ramenés à Terre pour évaluer l'incidence de leur séjour prolongé sur le sol lunaire et dans le vide. Charles Conrad et Alan Bean installent une station scientifique automatisée ALSEP, mènent à bien des observations géologiques et prennent de nouvelles photographies de la Lune et de sa surface. Ils recueillent également 34,1 kg d'échantillons du sol lunaire.

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Durant ce séjour sur le sol lunaire de 31 heures 31 minutes, les deux astronautes réalisent deux excursions d'un total de 7 heures 45 minutes parcourant ainsi 2 km à pied et s'éloignent jusqu'à 470 m du module lunaire. De nombreuses améliorations ont été réalisées en particulier dans la précision de l'atterrissage par rapport à la mission Apollo 11. Les résultats sont si positifs qu'on projette d'envoyer Apollo 13 dans une zone plus accidentée

Conrad (Apollo12) près de Surveyor

• Apollo 13 (11 avril 1970 – 17 avril 1970) La mission est interrompue à la suite de l'explosion d'un réservoir d'oxygène liquide situé dans le module de service d'Odyssey durant le transit de la Terre à la Lune, 55 heures 54 minutes après son envol. Le vaisseau Apollo est pratiquement hors service sans oxygène ni puissance électrique. Les astronautes n'osent pas se servir de son moteur pour manœuvrer. Ils se réfugient dans le module lunaire Aquarius dont ils utilisent les ressources et le moteur pour les manœuvres de correction de trajectoire qui permettent d'optimiser la trajectoire de retour vers la Terre. Heureusement, la trajectoire de transit Terre-Lune a été calculée pour que, en l'absence de manœuvre, le train spatial puisse revenir vers la Terre après avoir fait le tour de la Lune. Les astronautes réintègrent le vaisseau Odyssey immédiatement avant l'arrivée à Terre, larguent le module lunaire qui a servi de radeau de sauvetage avant d'effectuer une rentrée dans l'atmosphère sans encombre. L'explication de l'accident est déterminée sans ambiguïté : durant une vidange du réservoir d'oxygène, quinze jours avant le décollage, la gaine des fils électriques qui le traversent a fondu et ceux-ci se sont retrouvés entièrement dénudés. Lorsque Jack Swigert a actionné le brassage du réservoir, des étincelles ont jailli et déclenché son explosion.

• Apollo 14 (31 janvier 1971 – 9 février 1971).

Le début du transit vers la Lune est marqué par un incident qui manque d'interrompre la mission : l'équipage doit s'y reprendre à cinq reprises pour parvenir à amarrer le module CSM au module lunaire. Apollo 14 atterrit dans la région accidentée de Fra Mauro qui était l'objectif initial d’Apollo 13. Un des moments marquants de la mission se produit lorsque Alan Shepard, qui est le premier (et le seul) des astronautes du programme Mercury à marcher sur la Lune, tire deux balles de golf à l'aide d'un club emmené clandestinement.

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Shepard et Edgar Mitchell passèrent plus de neuf heures au cours de deux sorties à explorer une zone où la NASA pensait trouver des roches figurant parmi les plus anciennes. Ils ramènent 42,9 kg d'échantillons rocheux

• Apollo 15 (26 juillet 1971 – 7 août 1971)

Apollo 15 est la première mission à emporter un module lunaire alourdi grâce, entre autres, à l'optimisation du lanceurs Saturn V. Le poids supplémentaire est principalement constitué par le rover lunaire et des consommables (oxygène et puissance électrique) embarqués à bord du module lunaire Apollo qui permettent d'allonger le séjour sur la Lune de 35 heures à 67 heures. David Scott et James Irwin passent 2 jours et 18 heures sur le sol lunaire. Au cours de leurs trois sorties extravéhiculaires, qui durent en tout 18 heures 36 minutes, ils parcourent plus de 28,2 km à proximité du mont Hadley grâce au rover lunaire. Parmi les 76 kg de roches prélevées, les astronautes trouvent ce qu'on pense être un cristallin de la croûte lunaire originelle vieille d'environ 4,6 milliards d'années. Un petit satellite emportant trois expériences scientifiques est largué alors que le CSM est en orbite autour de la Lune. Worden fait une sortie spatiale de seize minutes dans l'espace alors que le vaisseau Apollo se trouve encore à 315 000 km de la Terre. Au retour, durant la descente vers le sol terrestre, un des trois parachutes se met en torche sans dommage pour l'équipage.

• Apollo 16 (16 avril 1972 – 27 avril 1972)

Apollo 16 est la première mission à se poser sur les hauts-plateaux lunaires dans la région du cratère Descartes ; Ken Mattingly étant le pilote du module de commande.

John Watts Young et Charles Duke séjournent 71 heures à la surface de la Lune, Ils passent 20 heures 14 minutes en sortie avec le rover, installant plusieurs expériences, parcourant 26,7 km et recueillant 95,4 kg d'échantillons rocheux. L’équipage largue un mini-satellite destiné à étudier les particules et le champ magnétique solaire.

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Apollo 16

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• Apollo 17 (7 décembre 1972 – 19 décembre 1972) Apollo 17 est la dernière mission sur la Lune. L'astronaute Eugene Cernan et son compagnon Harrison Schmitt, un géologue civil américain, le seul astronaute scientifique du programme Apollo à avoir volé, sont les derniers hommes à marcher sur la Lune : ils y passent 22 h 05 min, parcourant grâce à la Jeep lunaire 36 km dans la région des monts Taurus, près du cratère de Littrow au sud de la mer de la Sérénité C'est l'équipage qui ramène le plus de roches lunaires (111 kg) et effectue la plus longue sortie extravéhiculaire

Sortie de Schmitt apollo17 Photo aérienne de la vallée Taurus lors d’Apollo 17

Schmitt et le rocher de Tracy photographiés près de la station 6

Au total 12 hommes auront marché sur la Lune. Depuis la mort d'Alan Bean, le 26 mai 2018, ils ne sont plus que quatre encore en vie parmi les hommes ayant foulé l'astre lunaire.

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Programmes ultérieurs À la fin des années 1990, les sondes Clémentine et Lunar Prospector ont trouvé des indices de présence d’eau sur la Lune. La sonde européenne SMART-1 s’est insérée en orbite autour de la Lune avec succès le 16 novembre 2004, elle doit trouver de l’eau et permettre de mieux déterminer l’origine de notre satellite (par calcul du taux de fer), grâce à une analyse étendue par des rayons X. Récemment, l’agence spatiale chinoise (CNSA) a dévoilé son plan lunaire qui est fondé en 3 étapes :

1. l’envoi d’une sonde vers la Lune (réalisé en octobre 2007) ; 2. l’envoi de robot sur la Lune (réalisé en décembre 2013) ; 3. le retour d'échantillons

En 2018 deux lancements de la mission chinoise Chang'e 4, dont l'objectif est de déposer sur la face cachée de la Lune un rover, du jamais-vu. La face cachée de la Lune est d'un très grand intérêt scientifique et y faire rouler un rover devrait permettre un retour très significatif.