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La toxicité de la poussières lunaire
Les effets mécaniques de la poussière lunaire (II) 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 comme en ont malheureusement fait l'expérience les astronautes. Dans un article publié dans la revue "GeoHealth" en 2018, le biochimiste Bruce Demple de l'École de Médecine de l'Université de Stony Brook et ses collègues ont étudié l'effet de simulants de régolite lunaire sur des cellules de poumons humains et les neurones de souris. L'équipe a suivi le développement de ces cellules dans des conditions contrôlées puis a examiné les résultats de ces expériences. Ils ont constaté qu'à court terme cette poussière lunaire affecte la réponse immunitaire, induisant des inflammations dans les poumons et détruisant jusqu'à 90% des cellules saines de souris. Dans le cas des cellules de poumons humains, les dommages étaient trop catastrophiques pour être totalement mesurés. Les simulants de poussière lunaire avaient même endommagé les cellules jusqu'au coeur de l'ADN mitochondrial, c'est-à-dire l'ADN situé hors du noyau, dans les mitochondries. Conclusion de cette étude, à long terme l'inhalation de ces poussières peut provoquer des bronchites, endommager l'ADN, conduire à un développement anarchique des cellules, augmentant le risque de cancer, et on observe également une perte de neurones. Si le retour sur la Lune prévu d'ici quelques années implique des missions sur place durant des semaines, des mois voire plus longues, selon Demple, "il sera probablement impossible d'éliminer complètement ces risques". 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.
Jusqu'aux environs de l'an 2000, on ne disposait 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 furent toutes rejetées par manque de crédibilité. En 2005, pour limiter l'exposition des astronautes à la poussière, McKay et ses collègues avaient suggéré qu'on pourrait mettre à leur disposition des douches ou des systèmes électrostatiques pour extraire ces particules indésirables. Mais à l'époque, ces solutions ne semblaient pas urgentes car rien ne confirmait la forte toxicité de cette poussière lunaire. Mais après les résultats des expériences de Demple, ce qui à l'époque de McKay était considéré comme des solutions prématurées s'avèrent aujourd'hui tout à fait indiquées. Il faut à présent développer la technologie la plus adaptée pour extraire sans risque cette poussière lunaire des combinaisons et des habitacles. 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 sont à présent consommées, 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.
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). 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 !
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 permettre 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 Sur ce site La toxicité de l'environnement martien Institutions NASA Space Radiation Health Project (SRHP) NASA - Space Radiation Biology (Brookhaven Lab.) NASA/ARC (Ames) Articles Lunar Regolith Breccias and Fragmental Breccias, WUSTL Assessing toxicity and nuclear and mitochondrial DNA damage caused by exposure of mammalian cells to lunar regolith simulants, Bruce Demple et al. GeoHealth, 2018 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.
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