Des chercheurs ont récemment publié une étude dont l’objectif était d’évaluer la possibilité d’installer des « systèmes laser ultra-stables » sur la Lune, au fond des cratères en ombre permanente. L’objectif ? Créer une infrastructure de métrologie et de navigation qui sera très utile aux futures missions spatiales.

Des cavités en silicium à installer dans les cratères

Prévue officiellement pour la fin 2027, la mission Artemis III a vu son profil changer. En effet, initialement configurée pour poser à nouveau des humains sur la surface lunaire, cette mission servira de vol de démonstration habité en orbite terrestre basse avec des atterrisseurs commerciaux tels que le Starship HLS (SpaceX) et le Blue Moon (Blue Origin). Le retour de l’humain sur la Lune devrait se produire lors de la mission Artemis IV, en 2028. En attendant ces échéances, la NASA continue de piloter des recherches pour mettre au point diverses technologies ayant des applications sur la Lune.

Le Jet Propulsion Laboratory et le National Institute of Standards and Technology (NIST) ont réfléchi à la possibilité d’installer des cavités en silicium pour des lasers ultra-stables au fond des cratères en ombre permanente de la Lune. Il s’agit d’une technologie visant la création d’un système de métrologie et de navigation capable de fournir une aide précieuse aux futures missions spatiales. Les chercheurs ont mené une première étude ayant fait l’objet d’une publication dans la revue PNAS le 8 mai 2026.

Sur le plan technique, il faut savoir que le cœur du dispositif repose sur une cavité optique, à savoir un petit bloc de silicium ultra-pur dans lequel la lumière laser rebondit continuellement entre deux miroirs parallèles. Or, la distance exacte séparant ces deux miroirs détermine la fréquence de résonance du laser. Si cette distance reste rigoureusement fixe, le laser émet une lumière d’une fréquence (ou couleur) parfaitement constante.

Crédit : Ye et al., PNAS., 2026

Pourquoi ces cratères sont-ils intéressants ?

Plongés dans une pénombre éternelle, les cratères du pôle Sud de la Lune offriraient selon les scientifiques des conditions de laboratoire optimales et impossibles à reproduire naturellement sur Terre. A l’intérieur, la température naturelle est d’environ -223 °C mais en rayonnant sa propre chaleur vers le vide spatial, la cavité pourrait descendre à -257 °C. Or, cette température est justement celle où le silicium atteint un coefficient d’expansion thermique nul, c’est à dire une absence totale de dilatation ou de contraction.

Par ailleurs, le vide est encore plus prononcé dans ces cratères qu’à la surface de la Lune, rendant impossible toute perturbation par des molécules de gaz. Citons également l’absence de vibrations acoustiques, puisque la Lune est dépourvue d’atmosphère éradique et d’activité humaine. Autrement dit, le système de lasers fonctionnerait passivement de manière optimale, sans avoir besoin d’équipements de refroidissement cryogéniques lourds et énergivores.

« Les conditions physiques des régions lunaires constamment plongées dans l’ombre sont idéales pour la construction d’un résonateur optique ultra-stable. Cette cavité optique à refroidissement passif stabilisera un laser avec un temps de cohérence de phase d’une durée sans précédent, surpassant de plus d’une décennie les meilleurs lasers terrestres. », peut-on lire dans l’étude.

Plusieurs applications possibles

Selon les responsables de l’étude, cette technologie permettrait la création d’une sorte de GPS lunaire ultra-précis. Cette infrastructure de positionnement et de synchronisation temporelle globale devrait être utile pour guider les modules d’atterrissage, les rovers et les astronautes des futures missions. De plus, en servant de référence de fréquence, ce même système pourrait donner la possibilité d’établir une échelle de temps standardisée directement sur la Lune. Autrement dit, il est question d’une horloge atomique spatiale. Également, le système pourrait aussi servir de détecteur d’ondes gravitationnelles grâce à la stabilité du signal.

Evidemment, avant d’envoyer cet équipement dans l’espace, la prochaine étape pour les chercheurs sera de prouver la viabilité technologique de la cavité en silicium dans des conditions extrêmes à reproduire en laboratoire. Il est notamment question d’une modélisation thermique avancée, de tests en chambre vide cryogéniques et de tests de résistance aux radiations. Sur le moyen terme, il sera question d’imaginer un écosystème de communication entre le fond des cratères et la surface et enfin sur le long terme, de développer une logistique de déploiement.