Sites d’alunissage Apollo : six lieux lunaires à parcourir

Là où Eagle s’est posé

Les sites d’alunissage Apollo sont six, de la mer de la Tranquillité, où Apollo 11 s’est posé, à Taurus-Littrow. Cette exposition reconstitue ces lieux grandeur nature, à hauteur des yeux d’une personne debout. On connaît surtout Apollo 11 par quelques photographies : une botte dans la poussière grise, un drapeau, un module doré sous un ciel noir. Mais elles ne montrent pas comment ces éléments se répartissent. Quelle distance séparait le drapeau de l’échelle ? Où se trouvait la caméra de télévision ? Dans quelle direction s’étendaient les ombres ? Ici, vous pouvez passer d’un objet à l’autre, puis visiter les cinq sites suivants.

Le module lunaire Eagle s’est posé dans la mer de la Tranquillité (Mare Tranquillitatis), à 0,67416° N, 23,47314° E, position donnée par le NSSDCA de NASA à partir d’images de Lunar Reconnaissance Orbiter. La cible était une zone lisse de basalte. Dans les dernières minutes, l’ordinateur dirigeait le module vers le flanc couvert de blocs du cratère West, large d’environ 190 m. Armstrong a repris les commandes et poursuivi jusqu’à trouver un terrain dégagé. Juste avant de toucher le sol, Eagle a survolé un cratère plus petit, nommé ensuite Little West. Les deux noms suivent l’ancienne convention des directions lunaires vues depuis la Terre : un cratère appelé « West » se trouve donc à l’est du point d’alunissage sur une carte moderne.

La disposition du modèle repose sur trois sources NASA. Le texte et la carte préliminaire des déplacements de l’Apollo 11 Preliminary Science Report (NASA SP-214, 1969) donnent les cratères et les positions approximatives du matériel. Les fiches NSSDCA indiquent les dimensions du module et l’emplacement des expériences. Les images LROC, prises depuis l’orbite environ 40 ans plus tard, montrent les traces, le module et les instruments toujours là où l’équipage les a laissés.

L’étage de descente avant et après le décollage

Le module lunaire était constitué de deux véhicules superposés. La moitié inférieure, l’étage de descente, portait le moteur d’alunissage, les pieds et l’essentiel du matériel. Le NSSDCA décrit un prisme octogonal de 4,2 m de largeur et 1,7 m d’épaisseur, maintenu à 1,5 m du sol par quatre pieds, avec 9,4 m entre les extrémités des patins opposés. La moitié supérieure, l’étage de remontée, abritait l’équipage : environ 2,8 m de hauteur et 4,0 sur 4,3 m de largeur.

Au départ, l’étage de descente est devenu une plateforme de lancement. L’étage de remontée a allumé son propre moteur et décollé à 17:54:01 UT le 21 juillet 1969, après 21 heures et 36 minutes en surface. Tout ce qui se trouvait sous la cabine est resté : l’étage doré, les pieds, l’échelle et la plaque en acier inoxydable fixée au pied de l’échelle. Activez « Après le décollage » pour voir cet état. La cabine disparaît, la feuille du vent solaire n’est plus là, car elle a été rangée pour revenir sur Terre, et le drapeau repose au sol. Aldrin a vu les gaz du moteur le renverser en regardant par le hublot pendant le décollage.

Le matériel installé autour du module

La sortie a été courte. NASA situe la fermeture de l’écoutille à 05:11:13 UT, environ deux heures et quart après le premier pas d’Armstrong. Pendant ce temps, l’équipage a installé les éléments suivants.

• Le drapeau. SP-214 donne 36 sur 61 pouces (0,91 sur 1,55 m), une hampe de 92,6 pouces (2,35 m) et une barre supérieure de 47 pouces. La hampe ne s’enfonçait que de 6 à 8 pouces (15 à 20 cm) avant de rencontrer un sol ferme.
• La caméra de télévision. D’abord placée dans le compartiment de matériel près de l’échelle, elle a filmé la descente d’Armstrong. Elle a ensuite été transportée sur un trépied au-delà du drapeau, son câble étendu sur la poussière. LROC distingue encore le trépied depuis l’orbite. Dans le modèle, il se trouve à environ 18 m du module.
• L’expérience de composition du vent solaire. Une feuille d’aluminium de 4000 cm² était suspendue à une hampe face au Soleil. Les particules du vent solaire s’y incrustaient. L’équipage l’a enroulée après 77 minutes et rapportée sur Terre.
• L’Early Apollo Scientific Experiments Package (EASEP). Il comprenait deux instruments. Le sismomètre passif, doté de deux ailes de panneaux solaires, se trouvait à environ 17 m au sud du module. Le rétroréflecteur laser, panneau de 100 prismes en coin de cube, était à environ 5 m au nord-nord-ouest du sismomètre.

SP-214 contient aussi une remarque franche sur les distances. Depuis la cabine, le drapeau, la caméra et les expériences « semblaient être immédiatement derrière le hublot », malgré leur éloignement raisonnable. Sans brume ni objets familiers, l’œil manque de repères pour évaluer les distances.

Pourquoi le drapeau semble flotter

Sur Terre, un drapeau ne se déploie que si le vent le soutient. Sur la Lune, il n’y a pas de vent : une barre horizontale a donc été cousue dans l’ourlet supérieur. Elle maintient le bord supérieur écarté de la hampe. Le tissu pend avec les plis conservés depuis son rangement dans un tube. Ces plis donnent l’impression d’un mouvement sur les photographies.

Le modèle le représente ainsi : une barre fixe et un tissu plissé qui ne bouge jamais. Restez à côté sans bouger : rien ne s’agite.

Marcher et sauter avec un sixième de g

La gravité lunaire vaut 1,62 m/s² selon la fiche NASA, contre 9,81 m/s² sur Terre. Elle est donc 9,81 / 1,62 = 6,06 fois plus faible, le « sixième de g » des rapports Apollo. Tout ce que vous portez pèse six fois moins, mais conserve sa masse : le mettre en mouvement ou l’arrêter reste aussi difficile.

Un saut révèle bien la différence. Avec une vitesse de départ v, vous atteignez h = v² / 2g et restez en l’air pendant t = 2v / g. Le modèle donne à chaque saut une vitesse initiale de 1,4 m/s :

• Sur la Lune : h = 1,4² / (2 × 1,62) = 1,96 / 3,24 = 0,60 m, et t = 2 × 1,4 / 1,62 = 1,73 s.
• Sur Terre : h = 1,96 / (2 × 9,81) = 0,10 m, et t = 2 × 1,4 / 9,81 = 0,29 s.

La même impulsion vous soulève six fois plus haut et vous maintient six fois plus longtemps en l’air. L’affichage en haut à gauche mesure chaque saut et indique sa hauteur et sa durée. Activez « Gravité terrestre » pour essayer le même saut à 9,81 m/s².

Pourquoi ne pas pousser davantage ? Avec une combinaison pressurisée et un sac dorsal, un astronaute pouvait peu plier les genoux, et la combinaison résistait à chaque mouvement. Les astronautes avançaient par une course bondissante plutôt que par de grands sauts. SP-214 note que le déplacement en combinaison sur la Lune ressemblait au déplacement sans combinaison sur Terre. Le modèle limite la marche à 1,1 m/s et la course à 2,3 m/s, assez lentement pour correspondre à cette description.

Pourquoi l’horizon est si proche

Placez-vous sur une sphère de rayon R, les yeux à une hauteur h. Votre ligne de visée effleure la surface à une distance d et forme un triangle rectangle avec le centre : (R + h)² = R² + d². On en déduit d = √(2Rh + h²). Comme h est minuscule devant R, d ≈ √(2Rh).

Pour la Lune, R = 1737,4 km, rayon moyen volumétrique de NASA, et h = 1,6 m :

d = √(2 × 1 737 400 × 1,6) = √5 559 680 ≈ 2358 m.

L’horizon est donc à environ 2,4 km. Sur Terre, avec R = 6371 km, les mêmes yeux voient √(2 × 6 371 000 × 1,6) ≈ 4515 m, soit environ 4,5 km. Le rapport des distances est la racine carrée du rapport des rayons, √(1737,4 / 6371) = 0,52.

Le modèle ne triche pas sur ce point. Le sol est une seule surface qui s’étend jusqu’à 3,2 km. Chaque point est abaissé de x² / 2R, l’écart entre une sphère et un plan. À 1 km, cet abaissement vaut 1000² / (2 × 1 737 400) = 0,29 m. Au-delà d’environ 2,4 km, le terrain disparaît naturellement. Regardez vers l’ouest à la septième étape : vous voyez une courbe, pas une bordure peinte.

Ciel noir et ombres nettes

Sur Terre, le ciel est bleu parce que l’air diffuse la lumière solaire dans toutes les directions. Cette lumière diffuse éclaire aussi les ombres. La Lune n’a pas d’air. La lumière vient d’un petit disque très brillant et rien ne la détourne vers les ombres : le ciel est noir à midi et les ombres sont presque noires.

La lumière atteignant une ombre vient du sol. Le terrain gris ne réfléchit qu’environ un dixième de la lumière reçue, mais en plein soleil cela suffit à révéler le côté ombragé du module. Le modèle éclaire la scène de la même façon : une lumière dure pour le Soleil et une faible lueur venant du bas, sans lumière bleue du ciel.

L’alunissage était prévu avec un Soleil bas. SP-214 donne une hauteur solaire d’environ 10°, produisant de longues ombres. Un étage de descente de 3,2 m projette une ombre de 3,2 / tan 10° = 18 m, et une personne de 1,8 m une ombre d’environ 10 m. Déplacez « Hauteur du Soleil » pour voir combien le terrain paraît plus plat lorsque le Soleil monte. C’est pourquoi on recherchait la lumière basse du matin : les longues ombres révèlent chaque bosse et chaque cratère.

La chronologie dans les archives NASA

Les heures proviennent de la fiche NSSDCA du module lunaire Apollo 11 et de SP-214. GET désigne le temps écoulé depuis le lancement, à 13:32:00 UT le 16 juillet 1969.

Les heures d’alunissage diffèrent de deux secondes : NSSDCA donne l’instant annoncé par l’équipage, tandis que SP-214 détermine sur le film le moment où les patins se stabilisent. Entre l’alunissage et le premier pas, 398 minutes, environ six heures et demie, ont servi à vérifier le véhicule et enfiler les combinaisons. Aldrin est descendu 19 minutes après le premier pas d’Armstrong.

Six sites et leur disposition

Apollo 11 était le premier de six alunissages. Entre juillet 1969 et décembre 1972, douze astronautes ont marché en six endroits de la face visible. Chaque équipage est resté plus longtemps et allé plus loin que le précédent. Le bouton « Sites », en haut de la scène, permet de rejoindre chacun d’eux. Chaque site forme une zone distincte, centrée sur son module lunaire, créée à la première visite pour éviter de charger cinq paysages que vous ne visiterez peut-être pas.

La disposition suit une règle : toute position mesurée donnée par NASA est utilisée. Le NSSDCA tient une table des coordonnées de chaque module, de chaque Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) et de chaque réflecteur laser, calculées sur une même grille lunaire. Un degré de latitude sur une Lune de rayon 1737,4 km vaut π × 1 737 400 / 180 = 30 323 m. Un degré de longitude vaut ce résultat multiplié par le cosinus de la latitude. La différence des coordonnées donne les décalages suivants :

Le reste vient des récits de l’Apollo Lunar Surface Journal et des pages NASA : « environ 200 mètres », « presque cinq kilomètres au sud », « à environ 30 mètres du bord ». La précision est de quelques mètres près du module et d’environ cent mètres aux stations éloignées. Les instruments suivent la disposition ALSEP habituelle, de quelques mètres à quelques dizaines de mètres autour de la station centrale, plutôt qu’un relevé individuel. La vérification du site, avant la création de la page, recalcule les décalages NSSDCA et les distances des récits et échoue si une position du modèle s’écarte.

Apollo 12 : se poser près d’un robot

Apollo 12 s’est posé dans l’océan des Tempêtes le 19 novembre 1969. Il fallait démontrer qu’un module pouvait atteindre un point choisi. La cible était Surveyor 3, robot posé dans un cratère en avril 1967. Pete Conrad a posé Intrepid sur le bord nord-ouest du cratère, à environ 535 ft (163 m) du robot et 120 ft (37 m) au nord-est du cratère Head, la « tête » du motif de cratères Snowman utilisé pour se guider.

Conrad et Alan Bean ont effectué deux sorties totalisant 7,75 heures. Pendant la première, ils ont installé le premier ALSEP complet, à environ 183 m au nord-ouest du module, avec générateur au plutonium, sismomètre, magnétomètre, spectromètre du vent solaire et détecteur d’ions. La station a démarré à 14:21 UT ce jour-là et fonctionné jusqu’au 30 septembre 1977. La nouvelle caméra couleur a duré moins longtemps : Bean l’a pointée vers le Soleil pendant son déplacement, ce qui l’a endommagée.

La seconde sortie formait une boucle d’environ 5200 ft atteignant environ 1300 ft (400 m) d’Intrepid. Elle longeait Head, passait Bench, contournait Sharp, large de 12 m et profond de 3 m, le cratère le plus récent du parcours, revenait au sud de Halo et descendait dans Surveyor, large d’environ 650 ft (200 m). Sur Surveyor 3, l’équipage a découpé la caméra, la pelle de prélèvement et des tuyaux pour étudier les effets de deux ans et demi sur la Lune. Descendez dans le cratère pour refaire cette visite ; l’un des « Défis » vous le demande.

Apollo 14 : la charrette, Cone et le golf

Apollo 14 s’est posé à Fra Mauro le 5 février 1971, à environ 30 m de sa cible, sur une pente d’environ huit degrés. Alan Shepard et Edgar Mitchell ont effectué deux sorties totalisant 9,38 heures et parcouru 3,45 km à pied. Ils emportaient le Modular Equipment Transporter, une charrette à deux roues pour les outils, les appareils photo et les sacs d’échantillons.

La seconde sortie a gravi les éjectas de Cone, jeune cratère dont les roches du bord provenaient des profondeurs. La Station A était à environ 200 m. Après une heure, ils étaient à environ 650 m, sur les éjectas de Cone. Le terrain montait et ondulait, le bord restait caché derrière la crête suivante. Le temps manquant, ils ont fait demi-tour à la Station C1 près du bloc aujourd’hui nommé Saddle Rock. Les images LROC ont ensuite montré qu’ils étaient passés à environ 30 m du bord. Dans le modèle, avancez un peu vers l’est depuis C1 : le sol plonge dans le cratère qu’ils n’ont jamais vu.

À la fin, Shepard a fixé une tête de fer six au manche de l’outil de prélèvement d’urgence et frappé deux balles de golf d’une main devant la caméra, juste à l’ouest du module. Aucune photographie n’a été prise ; la télévision est le seul enregistrement. Ensuite, Mitchell a photographié depuis son hublot un petit cratère contenant une balle et le « javelot », la hampe du collecteur de vent solaire qu’il avait lancée. Les deux sont dans le modèle. Trouver l’endroit exact du coup de Shepard fait partie des « Défis ».

Apollo 15 : le premier véhicule lunaire et Hadley Rille

Apollo 15 a ouvert les trois longues missions J. Falcon s’est posé le 30 juillet 1971 à Hadley, entre les Apennins et le canal sinueux Hadley Rille, pour presque trois jours. Il transportait le premier Lunar Roving Vehicle. NASA indique une masse de 210 kg, une charge supplémentaire possible de 490 kg, un châssis de 3,1 m avec un empattement de 2,3 m, des roues de 81,8 cm à pneus en treillis d’acier et une garde au sol de 36 cm. Sur Apollo 15, il a parcouru 27,8 km en un peu plus de trois heures de conduite et atteint 5,0 km du module.

David Scott et James Irwin ont roulé au sud vers la Station 1, à Elbow, où le canal tourne, puis sur la pente de Hadley Delta. Au second parcours, ils ont trouvé Genesis Rock au cratère Spur, environ 60 m au-dessus du module et presque 5 km au sud : une anorthosite blanche, fragment de la croûte lunaire primitive. Au dernier parcours, ils ont photographié les couches de la paroi opposée depuis la Station 9A, au bord est du canal. Dans le modèle, celui-ci mesure environ 1,4 km de large et 300 m de profondeur, son bord ouest étant environ 30 m plus bas que l’est, conformément au Journal.

L’ALSEP comprenait ici une expérience de flux thermique, et le réflecteur laser possède 300 coins de cube plutôt que 100. Avant de partir, Scott a lâché ensemble un marteau et une plume de faucon devant la caméra ; ils ont touché le sol simultanément. Il a aussi déposé Fallen Astronaut, petite figurine en aluminium, avec une plaque nommant 14 astronautes et cosmonautes morts, près du dernier stationnement du véhicule.

Apollo 16 : le seul alunissage dans les hautes terres

Apollo 16 s’est posé dans les hautes terres de Descartes à 02:23 UT le 21 avril 1972, encore le 20 avril à Houston. C’était le seul alunissage Apollo dans les hautes terres centrales. Les géologues attendaient des roches volcaniques et ont trouvé des brèches, fragments soudés par les impacts. John Young et Charles Duke ont parcouru 26,7 km et passé 20,23 heures dehors.

Le premier trajet allait à l’ouest, vers Flag et Plum, où Big Muley a été prélevé : avec 11,7 kg, c’est la plus grosse roche rapportée par Apollo. Le second montait sur Stone Mountain au sud. Le troisième allait à 4,5 km au nord vers North Ray, cratère large d’environ un kilomètre. Depuis le bord, l’équipage observait une dépression d’environ 230 m et prélevait House Rock, le plus gros bloc du site, ainsi que Shadow Rock, sous lequel le sol ne voit jamais le Soleil. Près du module se trouvait la caméra en ultraviolet lointain de George Carruthers, premier télescope sur la Lune. L’expérience de flux thermique n’a pas fonctionné : Young a accroché le câble du pied et l’a arraché de la station centrale.

Apollo 17 : le séjour le plus long

Apollo 17 s’est posé le 11 décembre 1972 dans la vallée de Taurus-Littrow, entourée du South Massif, du North Massif et des Sculptured Hills. Eugene Cernan et le géologue Harrison Schmitt sont restés environ 75 heures, le plus long séjour. Ils ont effectué trois sorties totalisant 22,07 heures et parcouru 35,9 km. La Station 2, au pied du South Massif, était à 7,6 km du module, la plus grande distance atteinte par un équipage Apollo.

À la Station 4, Schmitt a vu un sol orange au bord de Shorty. Il s’agissait de minuscules billes de verre volcanique provenant d’une fontaine de lave vieille d’environ 3,6 milliards d’années. À la Station 6, ils ont échantillonné un bloc descendu du North Massif et fragmenté, aujourd’hui nommé Tracy's Rock. L’ALSEP était entièrement nouveau : gravimètre destiné aux ondes gravitationnelles, spectromètre atmosphérique, détecteur de poussière, ligne sismique avec huit charges déclenchées après le départ, expérience de flux thermique et sonde à neutrons dans le forage profond. La plaque de l’échelle dit : « Ici l’homme a achevé ses premières explorations de la Lune, décembre 1972 après J.-C. ».

Conduire avec un sixième de gravité

Le véhicule utilise les mêmes commandes que la marche, avec une plus grande vitesse de déplacement. « Vitesse du véhicule » fixe la limite, initialement 12 km/h, NASA donnant 10 à 12 km/h sur sol lisse et plat. Maintenir la touche de course permet 18 km/h, le record réel. Le véhicule suit la direction du regard.

La suspension explique l’essentiel. Le modèle suit la hauteur du terrain sous le véhicule ; sur Terre, la gravité garderait les roues au sol. Sur la Lune, elle vaut 1,62 m/s². Si le terrain descend plus vite, le véhicule décolle et décrit un petit arc. Sur une bosse de hauteur A et de longueur L franchie à vitesse v, le terrain se courbe vers le bas avec une accélération maximale A × (2π / L)² × v². Pour une bosse de 3,5 cm sur 3,7 m à 12 km/h (3,33 m/s), cela donne 0,035 × 2,88 × 11,1 = 1,1 m/s², inférieur à 1,62 : les roues restent au sol. À 18 km/h (5 m/s), cela vaut 2,5 m/s², supérieur à 1,62, et le véhicule s’allège à chaque sommet. Un bord de cratère le provoque à toute vitesse. L’affichage donne la durée du dernier bond ; garder les quatre roues en l’air pendant 0,3 s constitue un des « Défis ».

De longues ombres au loin

Tous les alunissages ont eu lieu avec le Soleil bas à l’est, entre environ 5° et 15° au-dessus de l’horizon, pour révéler le relief. Près de vous, une carte d’ombres vous suit. Sa portée est d’environ 50 m. Au-delà, chaque point du maillage vérifie la ligne vers le Soleil et s’assombrit si le relief intermédiaire la dépasse. Cela obscurcit le fond de Hadley Rille et l’intérieur de North Ray. À 12°, une paroi de 300 m projette 300 / tan 12° = 1410 m d’ombre, d’où l’ombre sur toute la moitié proche du fond du canal.

Les différences avec les sites réels

• Les positions du matériel viennent de la carte SP-214 et du texte NSSDCA, avec une précision de quelques mètres.
• L’étage de remontée est simplifié. Ses antennes et propulseurs sont aux bons endroits, mais sans détails.
• La Terre est dessinée deux fois trop large. Depuis la Lune, elle couvre 1,9°, presque quatre fois la largeur de la Lune dans notre ciel, ce qui ne représenterait que quelques pixels sur un téléphone.
• Sa position, environ 66,5° de hauteur et légèrement au sud de l’ouest, vient des coordonnées du site. La libration lunaire la déplace de quelques degrés, ce que le modèle ignore.
• Les traces de pas suivent seulement les chemins principaux. Le terrain réel était piétiné bien plus largement autour de l’échelle.
• Les cinq autres sites utilisent un maillage centré sur vous s’étendant sur 30 km, pour placer les massifs de Hadley et Taurus-Littrow à la bonne distance. Les collines et le canal sont des formes lisses de bonnes hauteur et distance, pas des modèles d’altitude. Les petits cratères et rochers sans nom sont aléatoires.
• Les stations lointaines sont placées à une centaine de mètres près selon le Journal. Les traces du véhicule suivent l’ordre des arrêts, pas le parcours exact.
• La parabole du véhicule est à l’avant droit pour ne pas masquer la vue ; sur le vrai véhicule, elle était sur un mât au centre avant.
• Les étoiles sont faiblement visibles. Elles n’apparaissent pas sur les photographies, dont les expositions réglées pour le sol éclairé sont trop courtes pour les enregistrer.