Quelles données d’altitude existent pour la Lune ?
La base, c’est LOLA, le Lunar Orbiter Laser Altimeter embarqué sur le Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA, qui mesure la Lune depuis 2009. L’US Geological Survey publie un modèle d’altitude global construit à partir de ces mesures : 118 mètres par pixel à l’équateur (256 pixels par degré), d’un pôle à l’autre, tiré de plus de 6,5 milliards de mesures prises entre juillet 2009 et juillet 2013. C’est un seul fichier de 8 Go.
Des produits plus fins couvrent une partie de la Lune. SLDEM2015 combine LOLA avec l’altimétrie stéréo de la Terrain Camera de la sonde japonaise SELENE (Kaguya), à 512 pixels par degré, soit environ 59 mètres à l’équateur, avec une précision verticale typique de 3 à 4 mètres, mais seulement entre 60° nord et 60° sud. Autour du pôle Sud, le centre Goddard de la NASA publie des mosaïques LOLA à 5 mètres par pixel pour les latitudes de 87° à 90° sud.
Plus fin n’est pas toujours plus utile. Sur une impression de 200 mm d’une région large de 200 km, un pixel de 118 m mesure déjà environ 0,12 mm, et le manuel du plugin DEMto3D recommande d’espacer les points d’au moins 0,2 mm. Les produits à plus haute résolution justifient leur taille quand la région est petite : un seul rempart de cratère, ou un site près du pôle.
La face cachée, la moitié qui ne se tourne jamais vers la Terre, est couverte aussi complètement que la face visible. Les mesures viennent d’un orbiteur, pas d’un télescope : LRO cartographie la Lune depuis une orbite polaire, et son altimètre mesure tout le terrain qui passe sous lui, que la Terre puisse le voir ou non.
Comment des données d’altitude deviennent-elles un objet imprimable ?
Un modèle d’altitude est une grille de nombres dans laquelle chaque pixel contient une hauteur plutôt qu’une luminosité. Pour l’imprimer, un logiciel transforme la grille en une surface de triangles, ajoute des parois latérales et une base plane pour obtenir un solide fermé, puis le met à l’échelle en millimètres. Le résultat est enregistré dans un fichier de maillage, qu’un slicer découpe en couches et convertit en instructions pour l’imprimante.
Deux formats comptent. STL ne décrit que la géométrie de la surface : des triangles, sans couleur ni unités, si bien qu’un terrain arrive comme une seule forme non colorée dont le slicer doit supposer l’échelle. 3MF peut contenir de la couleur, plusieurs matériaux et plusieurs pièces séparées dans un seul fichier, si bien qu’une pièce peut arriver dans le slicer déjà colorée.
Quel que soit l’outil qui produit le fichier, le slicer en attend la même chose : un solide fermé, la bonne taille physique et une face plane sur laquelle reposer. Tout le reste, de la hauteur de couche au remplissage en passant par le filament qui va à chaque endroit, se décide dans le slicer.
De combien faut-il exagérer le relief ?
Généralement plus que vous ne le pensez. Selon les recommandations d’OrbitStudio, des cratères spectaculaires comme Tycho s’impriment bien à 1x, tandis que des mers lunaires comme le site d’Apollo 11 demandent 3x à 5x pour que le relief se voie sur l’impression. La raison tient aux proportions : les points les plus hauts et les plus bas de la Lune sont séparés de près de 20 kilomètres en hauteur, alors qu’un seul cratère peut mesurer 85 ou 185 kilomètres de diamètre.
Un exemple chiffré. Supposons qu’une impression de 200 mm couvre une région large de 200 km. Un millimètre sur le modèle correspond alors à un kilomètre sur la Lune, et à l’échelle réelle, c’est vrai aussi pour la hauteur. Les 4,7 km de profondeur de Tycho deviennent 4,7 mm, ce qui se lit nettement. Une crête haute de 100 mètres devient 0,1 mm, moins qu’une seule couche de 0,12 mm : le slicer ne peut pas la dessiner. À 4x, elle passe à 0,4 mm : un peu plus de trois couches.
Réduisez la Lune entière, 3 475 km de diamètre, à un globe de 200 mm, et toute son amplitude de relief tient dans à peine plus de 1 mm. L’exagération n’est qu’un multiplicateur appliqué à chaque hauteur. Elle ne change rien à l’horizontale, donc les cratères gardent leur position et leur largeur ; ce qu’elle sacrifie, ce sont les proportions réelles, en échange d’un relief que l’on peut voir et toucher.
Quelles sont les façons de s’y prendre ?
Il existe trois voies pratiques, qui diffèrent surtout par la part de finition qui vous reste. La première est Moon Trek, de la NASA, un portail web conçu au JPL, sans rien à acheter ni à installer. Son outil Generate 3D Print File vous demande de tracer un rectangle sur la carte, de vérifier l’emprise et de valider. Vous choisissez STL ou OBJ, une résolution et une exagération de hauteur de 1 à 10 ; un OBJ peut aussi porter une texture d’image.
Dans sa vue cartographique standard, Moon Trek découpe le fichier dans une couche LOLA globale à 256 pixels par degré, le même échantillonnage que le modèle de l’USGS. La NASA décrit le résultat comme un fichier servant à fabriquer le modèle physique d’un élément de relief, et c’est bien ce que vous obtenez : le terrain à l’intérieur de votre rectangle. Un cadre, des couleurs séparées ou des pièces de puzzle sont à ajouter vous-même dans un autre logiciel.
La deuxième est QGIS, un logiciel SIG libre et gratuit, avec le plugin DEMto3D. Vous ouvrez le modèle d’altitude de l’USGS, puis vous définissez une emprise rectangulaire, l’espacement entre les points, la taille ou l’échelle du modèle, un facteur d’exagération et une base, de 2 mm par défaut. Le plugin peut diviser le modèle en parts égales en largeur et en hauteur, et écrit un STL binaire : un seul solide, une seule couleur. Son manuel ne traite ni des couleurs ni des pièces qui s’emboîtent.
La troisième est OrbitStudio, qui fonctionne dans le navigateur et construit le modèle pour vous, sans CAO ni réparation de maillage. Vous choisissez n’importe quelle région de la Lune ou l’un des 47 sites intégrés, optez pour un puzzle ou un ornement plein, puis réglez l’exagération, la taille, le nombre de pièces, l’épaisseur de la base, le cadre et le texte. Le téléchargement comprend des fichiers STL et des fichiers 3MF prêts en couleur pour Bambu Studio ou OrcaSlicer, avec le terrain et le cadre en fichiers séparés. Générer et prévisualiser est gratuit sans compte, un compte gratuit ajoute la découpe en puzzle et le texte du cadre, et le téléchargement demande un abonnement Plus ou Merchant, ou un crédit d’un pass.
- Moon Trek : gratuit ; STL ou OBJ du rectangle que vous tracez ; exagération de 1x à 10x ; cadre, couleurs et pièces à ajouter vous-même.
- QGIS avec DEMto3D : gratuit ; vous réglez l’emprise, l’espacement, l’échelle, l’exagération et la base ; un seul STL d’une seule couleur.
- OrbitStudio : puzzle ou ornement en cercle, carré ou hexagone, avec cadre ; STL et 3MF pré-colorés ; un crédit par téléchargement, depuis un pass.
Comment passer le modèle au slicer et l’imprimer ?
À plat sur sa base, terrain vers le haut, avec une hauteur de couche fine. Un modèle tiré d’une carte d’altitude n’a qu’une seule hauteur de surface en chaque point : rien n’est en porte-à-faux, et, posé sur sa base, il n’a besoin d’aucun support. La hauteur de couche fixe le plus petit écart de hauteur que l’impression peut montrer ; c’est pourquoi mieux vaut la choisir en même temps que l’exagération.
Pour plus d’une couleur, une unité multimatériau se charge des changements. Avec l’AMS de Bambu Lab, Bambu Studio vous permet d’associer un filament à chaque objet ou pièce, puis fait correspondre les couleurs du projet aux emplacements de l’AMS selon la couleur et le matériau au moment d’envoyer l’impression : un 3MF dont les pièces sont déjà colorées demande surtout une vérification. Sur une imprimante à une seule bobine, un changement de couleur à une couche choisie fait le travail à la main : l’imprimante se met en pause, vous changez de filament, et tout ce qui se trouve au-dessus de cette hauteur s’imprime dans la nouvelle couleur.
Les réglages ci-dessous sont ceux qu’OrbitStudio recommande pour ses propres modèles. Imprimantes, profils et matériaux varient : prenez-les comme point de départ, et parcourez l’aperçu du slicer couche par couche, en vérifiant la géométrie et l’épaisseur des parois, avant de lancer une impression.
- Hauteur de couche : 0,12 mm à 0,16 mm.
- Remplissage : 15 % gyroïde, pour les puzzles comme pour les ornements.
- Supports : inutiles ; le modèle s’imprime à plat sur sa base.
- Filament : le PLA mat masque les lignes de couche ; le PLA soie met en valeur les courbes du terrain.
Que ne verrez-vous pas sur une impression ?
Tout ce qui est plus petit que les données. L’étage de descente d’Apollo 11, laissé à la Base de la Tranquillité, mesure environ quatre mètres de large ; le modèle d’altitude global échantillonne le sol tous les 118 mètres, si bien que l’atterrisseur représente à peu près un trentième de pixel. Vous imprimez le sol aux coordonnées où se trouve le matériel, pas le matériel lui-même.
Tout ce qui relève de la couleur et non de la forme. Les rayons de Tycho, ces traînées claires qui s’étendent sur un tiers du tour de la Lune, sont une différence de luminosité, pas de hauteur : ils ne laissent aucun relief ; ce qui s’imprime, c’est la cuvette, les parois en terrasses et le pic central. Et tout élément qui, après exagération, reste moins haut qu’une couche disparaît dans le plat.
Par où commencer ?
Par une région qui a du relief à revendre. Tycho, 85 km de diamètre et 4,7 km de profondeur, est spectaculaire à l’échelle réelle, et Copernicus, 93 km de diamètre avec des parois en terrasses, demande rarement beaucoup d’exagération. Sur la face cachée, Tsiolkovskiy dresse un pic central de plus de 3 400 m sur un fond plat large de 185 km, et s’imprime comme un repère unique et net.
Apollo 11 est l’inverse : un terrain plat, imprimé pour le lieu plutôt que pour le paysage, entre 3x et 5x. Les cinq autres alunissages figurent sur la page des sites d’alunissage Apollo. Ou ouvrez le générateur, choisissez n’importe quelle région et faites-la tourner en 3D, gratuitement et sans compte, avant de décider quoi que ce soit.