Des cristaux de fluorure de lithium, transportés autour de la Lune à bord de la mission Artemis I en fin d’année 2022, révèlent des niveaux d’exposition aux rayonnements cosmiques modérés et uniformes. L’étude de ces détecteurs passifs éclaire d’un jour nouveau l’environnement spatial lointain pour les futurs équipages.
Les cristaux d’Artemis I mesurent le rayonnement lointain
Lors de la mission non habitée Artemis I, menée en fin d’année 2022, le vaisseau spatial Orion a transporté deux mannequins de forme humaine contenant plus de 10 000 minuscules cristaux. Ces dispositifs ont enregistré l’exposition aux rayonnements tout au long du trajet autour de la Lune. Des physiciens de l’Institut de physique nucléaire de l’Académie polonaise des sciences (IFJ PAN) à Cracovie ont conçu plusieurs dizaines de détecteurs fluorescents expérimentaux à base de fluorure de lithium pour cette campagne.
Cette campagne s’inscrit dans le cadre de l’expérience MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment). Les chercheurs ont publié leurs méthodes d’analyse et leurs observations dans la revue Radiation Measurements le 1 septembre 2026. La recherche a bénéficié d’un soutien financier du Centre national de la science en Pologne (NCN) par l’intermédiaire de son programme OPUS.
Une méthode optique simplifiée pour analyser les traces de particules
Les détecteurs développés par l’institut polonais fonctionnent de manière passive, semblable à une pellicule photographique. Une fois exposés aux rayonnements, ils conservent des défauts dans leur structure cristalline qui émettent une fluorescence rouge lorsqu’ils sont illuminés par une lumière bleue.
Comme l’a expliqué le professeur Pawel Bilski, de l’IFJ PAN : « Les détecteurs de dose de rayonnement fluorescents à base de fluorure de lithium, développés dans notre institut, sont de nature passive. En d’autres termes, ils fonctionnent comme une pellicule photographique : une fois que les cristaux ont été exposés aux rayonnements, les traces laissées par les particules individuelles doivent être analysées optiquement sous un microscope. »
Contrairement aux détecteurs en plastique conventionnels qui nécessitent un traitement chimique par gravure avant l’examen, les cristaux de fluorure de lithium permettent une lecture directe sous un microscope à fluorescence standard. Le laboratoire de Cracovie a également fourni près de 600 détecteurs thermoluminescents pour compléter les mesures.
L’absence des ceintures de Van Allen modifie la distribution des doses
Les mesures recueillies lors du vol d’Artemis I permettent aux scientifiques de comparer l’environnement lunaire avec celui de l’orbite terrestre basse, étudié plus d’une décennie plus tôt lors de l’expérience MATROSHKA à bord de la Station spatiale internationale. Sur cette dernière, les protons de basse énergie piégés dans les ceintures de radiation de Van Allen constituaient une part importante de la dose reçue par les mannequins, provoquant une répartition inégale de l’énergie à l’intérieur des corps.
Près de la Lune, ces ceintures protectrices n’existent pas. Les rayonnements galactiques de haute énergie dominent, capables de traverser l’ensemble du corps humain en déposant une fraction de leur énergie. En conséquence, les détecteurs d’Orion ont enregistré une dose uniformément répartie dans les phantoms humains.
L’équipe scientifique relève toutefois un constat inattendu concernant l’intensité globale de cette exposition spatiale, ainsi que le rapporte Scitechdaily.
Le professeur Pawel Bilski, co-auteur de l’étude à l’IFJ PAN, a indiqué selon Scitechdaily : « Les protons de basse énergie, piégés par le champ magnétique de notre planète au sein des ceintures de Van Allen, peuvent représenter la majorité de la dose de rayonnement reçue par les astronautes en orbite terrestre basse. Au voisinage de la Lune, cette contribution substantielle disparaît. Nos mesures issues de l’expérience MARE indiquent que, bien que les doses totales de rayonnement près de la Lune soient supérieures à celles enregistrées en orbite terrestre en raison des niveaux considérables de rayonnement galactique, la différence n’est pas aussi grande qu’on pourrait intuitivement l’attendre. »
Perspectives pour la protection des futurs équipages lunaires
Leurs dimensions millimétriques facilitent le port et l’intégration dans des équipements individuels. Certains de ces capteurs sont enrichis en isotope lithium-7 pour détecter les neutrons, lesquels déclenchent des réactions nucléaires secondaires au sein du matériau.
Ces technologies de mesure miniaturisées fournissent aux agences spatiales des données précises sur la manière dont les flux de particules interagissent avec les tissus biologiques. Les analyses issues de la mission Artemis I aident à concevoir les stratégies de blindage et de suivi sanitaire pour les missions habitées à venir dans le cadre du programme Artemis de la NASA.
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