Un groupe de travail international de géodésie a publié la première réalisation d’un référentiel lunaire normalisé, un système de coordonnées commun destiné à appuyer le positionnement, la navigation et la synchronisation des engins spatiaux opérant autour de la Lune. Ce référentiel, désigné ILuRF2026, combine trois éphémérides lunaires indépendantes au moyen d’une méthode de pondération adaptée de la navigation par satellite, et fait l’objet d’un article de conférence déposé sur arXiv le 30 juillet par Agnès Fienga, de l’Observatoire de la Côte d’Azur, au nom du groupe de travail conjoint.
Cet article constitue la dernière étape d’un effort engagé en 2022, lorsque l’Association internationale de géodésie et l’Union astronomique internationale ont créé leur groupe de travail conjoint sur les référentiels lunaires. La motivation est pratique : entre 6 et 10 missions habitées vers la Lune sont prévues dans les années à venir et, compte tenu de l’implication de plusieurs agences spatiales et entreprises privées, le groupe soutient que les engins spatiaux ont besoin d’une définition commune de la position de la Lune, de son orientation et de l’heure qu’il y fait. Depuis 2025, le Bureau des affaires spatiales des Nations Unies organise chaque année un atelier sur le positionnement, la navigation et la synchronisation cislunaires pour traiter le même problème.
Ce système, appelé Système international de référence lunaire, reprend les critères utilisés pour les systèmes de référence terrestres, adaptés à la Lune. Il adopte le référentiel des axes principaux, défini par la diagonalisation de la matrice d’inertie de la Lune, plutôt que le référentiel de la Terre moyenne fondé sur l’orientation moyenne Terre-Lune. Le groupe de travail a retenu le référentiel des axes principaux parce qu’il est défini directement par les angles d’Euler des éphémérides lunaires, alors que le référentiel de la Terre moyenne exige un moyennage supplémentaire susceptible d’introduire des erreurs d’interprétation. Le référentiel est en co-rotation avec la Lune et est ancré sur une Lune de référence non déformée, un corps idéalisé sans déformation auquel les déformations de marée, rotationnelles et élastiques sont ajoutées sous forme de corrections.
La réalisation du référentiel, ILuRF2026, repose sur trois éphémérides de pointe de précision comparable : DE430 du JPL, INPOP21a de l’IMCCE et EPM2021 de l’Institut d’astronomie appliquée de Russie. Plutôt que de s’en remettre à un fournisseur unique, le groupe les combine au moyen d’un estimateur simplifié des composantes de la variance, une approche proche de celle utilisée pour combiner les orbites de la navigation par satellite. Les poids normalisés sont de 0,451 pour EPM2021, 0,381 pour INPOP21a et 0,168 pour DE430. La combinaison est matérialisée par les coordonnées des rétro-réflecteurs de télémétrie laser lunaire par rapport au centre de masse de la Lune, et des séries chronologiques de l’origine, de l’orientation et de l’échelle de temps du référentiel, couvrant la période de 1970 à 2050, sont distribuées avec un logiciel d’interpolation.
Les incertitudes internes du référentiel, calculées comme l’erreur quadratique moyenne pondérée de la combinaison, sont de 17,6 centimètres (6,9 pouces) sur la période 2010-2030, réparties entre 15,3 centimètres (6,0 pouces) pour l’origine et 8,6 centimètres (3,4 pouces) pour l’orientation, et de 31,6 centimètres (12,4 pouces) sur l’ensemble de la période. Ces erreurs proviennent principalement de la répartition des rétro-réflecteurs dans l’hémisphère nord et de la géométrie Terre-Lune limitée. Le référentiel a été validé par rapport aux données de télémétrie laser lunaire à l’aide de plusieurs logiciels indépendants, et ses résidus correspondent étroitement à ceux d’EPM2021, l’éphéméride qui a reçu le poids le plus élevé.
Les paramètres d’orientation et d’origine du référentiel, appelés LOOP, présentent des écarts par rapport aux éphémérides contributives qui atteignent jusqu’à 4 mètres (13 pieds) le long de la trajectoire pendant la période de prédiction, les écarts transversaux restant stables à environ 1 mètre (3,3 pieds) et les écarts radiaux étant de l’ordre du centimètre. Le groupe fournit également des transformations de Helmert à 7 paramètres entre ILuRF2026 et d’autres référentiels, y compris les versions Terre moyenne d’éphémérides plus anciennes. Les erreurs entre référentiels d’axes principaux sont de 2 à 3 centimètres (0,8 à 1,2 pouce), tandis que les transformations vers le référentiel Terre moyenne DE421 atteignent 10 centimètres (3,9 pouces) avec la transformation complète à 7 paramètres et 14 centimètres (5,5 pouces) avec la version réduite à 3 paramètres, raison pour laquelle la transformation complète est recommandée.
Pour la dimension temporelle, le groupe de travail s’appuie sur le temps-coordonnée lunaire, calculé avec une bibliothèque Python open source appelée TEMPUS. Les écarts entre les calculs indépendants du décalage horaire lunaire sont inférieurs à 5 × 10^-17 en dérive et à 65 picosecondes pour les résidus restants, soit moins que la stabilité et la précision actuelles des horloges. Sur 25 ans, la transformation temporelle introduit une tendance périodique d’environ 2,7 milliarcsecondes sur l’angle de précession et une dérive supplémentaire de 0,032 milliarcseconde par jour dans l’angle de rotation.
ILuRF2026 est diffusé par l’intermédiaire du site temporaire ilurs-6e772d.gitlab.io et du futur site ilurf.gssc.esa.int, que le centre de soutien à la navigation de l’Agence spatiale européenne prévoit d’ouvrir à l’automne 2026. Le référentiel a été proposé pour intégrer le Centre de produits du Service international de la rotation terrestre et des systèmes de référence, dont l’acceptation a été annoncée en mai 2026, même si les futurs critères d’inclusion, la cadence des mises à jour et la gouvernance restent à définir.
Le groupe attend des améliorations des nouvelles observations de la surface lunaire, notamment de la station NovaMoon de l’Agence spatiale européenne prévue pour les missions Argonaut en 2029, qui ajoutera l’interférométrie à très longue base, des transpondeurs radio et deux horloges atomiques compactes en plus des rétro-réflecteurs. Une station VLBI dans l’hémisphère sud est identifiée comme le moyen le plus efficace de lever la limitation géométrique, en améliorant la définition des paramètres LOOP d’environ 75 %. L’article ne précise pas quand ces améliorations seront intégrées au référentiel, ni comment la gouvernance du centre de produits traitera les futures mises à jour.
Traduit par Lydie
Sources
1. Fienga, A., “The International Lunar Reference System,” arXiv:2607.27762: https://arxiv.org/abs/2607.27762
2. International Lunar Reference System ILuRS, ILuRF2026 delivery page: https://ilurs-6e772d.gitlab.io/ILuRS2026/ILuRF_2026.html