Le Parisien et la BBC annoncent qu'un étage supérieur de lanceur SpaceX doit percuter la Lune ce mercredi. Nous n'avons pas pu ouvrir ces articles et ne donnerons donc ni l'heure de l'impact, ni la masse de l'objet, ni la mission dont il provient.

Ce qu'on peut expliquer, en revanche, c'est pourquoi cela arrive, et pourquoi c'est moins anecdotique qu'il n'y paraît.

Le sort ordinaire d'un étage supérieur

Quand une fusée place une charge utile en direction d'une orbite lointaine, l'étage supérieur qui a fourni la dernière poussée ne redescend pas. Il continue, vidé de ses ergols, sur une trajectoire voisine de celle de la charge utile.

Il se retrouve alors dans un régime particulier : celui du problème à trois corps, Terre, Lune, Soleil. Ces orbites sont chaotiques, au sens mathématique du terme. Une différence infime de vitesse initiale produit, après plusieurs mois, des trajectoires totalement divergentes. Personne ne peut prévoir dix ans à l'avance où sera un étage abandonné, et personne ne le suit systématiquement : ces objets ne sont pas catalogués avec la rigueur appliquée aux satellites en orbite basse.

C'est ainsi qu'un morceau de fusée oublié depuis des années réapparaît dans les calculs d'astronomes amateurs, avec une date de rencontre lunaire.

Il n'y a pas d'atmosphère, donc pas de spectacle

Précisons ce qui va se passer physiquement, parce que le mot « collision » évoque autre chose.

La Lune n'a pas d'atmosphère : l'objet n'entrera pas en incandescence, il ne laissera aucune traînée. Il arrivera à sa vitesse orbitale, de l'ordre de plusieurs milliers de kilomètres à l'heure, et s'arrêtera en quelques millisecondes.

Toute l'énergie cinétique se convertit alors en chaleur et en déformation. L'étage, structure creuse en alliage léger, est intégralement détruit. Il creuse un cratère de quelques mètres à quelques dizaines de mètres, et projette un panache d'éjectas qui retombe en balistique, faute d'air pour le freiner.

Aucun risque, donc, ni pour la Lune ni pour la Terre. Et rien à voir depuis un télescope amateur : la face concernée et l'instantanéité de l'événement rendent l'observation directe très improbable.

Pourquoi les scientifiques s'y intéressent

Voici le point qui rend l'événement utile, et il est contre-intuitif.

Les impacts naturels sur la Lune sont fréquents, mais on ignore la masse, la densité et la vitesse des objets qui les provoquent. On ne peut donc pas relier proprement la taille d'un cratère aux caractéristiques de l'impacteur.

Un étage de fusée, lui, est un objet dont on connaît approximativement la masse, la géométrie et la vitesse. Son cratère devient un point d'étalonnage : il permet de tester les modèles de formation de cratères, qui servent ensuite à dater les surfaces planétaires par comptage.

Et la vérification est possible. Le Lunar Reconnaissance Orbiter, en orbite autour de la Lune, dispose d'une caméra à haute résolution capable de produire des images de 5 kilomètres de côté avec une résolution de 0,5 mètre. C'est la sonde qui a photographié les modules lunaires d'Apollo 11 et 17, et qui a retrouvé le rover soviétique Lunokhod 1.

Autrement dit, si l'impact a bien lieu, on saura le retrouver, le mesurer, et en tirer quelque chose. C'est plus que ce qu'on peut dire de la plupart des débris spatiaux.