Avant même de penser à marcher sur la Lune, les hommes l’ont observée assidûment pour en comprendre les mouvements et la topographie. Aussi la Lune est-elle l’objet de toutes les attentions dès l’Antiquité et ses mouvements observés pour en prédire les éclipses. Jean de Sacrobosco y parvient au XIIIe siècle en travaillant sur le modèle d’univers géocentré de l’astronome grec du IIe siècle Claude Ptolémée et elle occupe une place privilégiée dans le système héliocentrique de Nicolas Copernic (1473-1543).

Grâce à l’invention de la lunette par Galilée (1564-1642) et du télescope par Isaac Newton (1643-1727), les observations de la Lune entrent dans une ère scientifique. L’astronome polonais Johannes Hévélius (1611-1687), en relations épistolaires avec tous les astronomes de son époque, publie en 1647 une des premières topographies lunaires, Selenographia, et découvre la libration du satellite. L’Académie des sciences créée en 1666, l'Observatoire de Paris établi par Louis XIV en 1667 et celui de Greenwich fondé par Charles II en 1675 reçoivent pour mission d’observer les mouvements des planètes et de la Lune ainsi que les étoiles fixes.

En effet, jusqu’aux premiers essais concluants des horloges marines et chronomètres dans les années 1760, tous les espoirs pour déterminer la longitude en mer reposent sur la comparaison d'observations d'éclipses ou autres phénomènes célestes en deux endroits différents de la terre. Ceux-ci étant rares,  l’idée est émise dès la fin du XVe siècle d’utiliser la Lune comme une aiguille se promenant sur l’immense cadran céleste. Malheureusement, ses mouvements sont très irréguliers et les théories se succèdent : Jean-Dominique Cassini publie une carte de la Lune en 1679 ; Edmund Halley (1656-1742) théorise un cycle lunaire de 18 ans et se lance, en 1720, dans une série d’observations journalières des mouvements de l'astre pour construire des éphémérides. Les premières tables relativement fiables pour la navigation paraissent en 1765 en Angleterre et sont reprises à partir de 1767 dans la Connaissance des temps. Il faut attendre les travaux de Charles-Eugène Delaunay (1816-1872) au Bureau des longitudes pour avoir des tables plus exactes.

 

Carte de la Lune par Johannes Hévélius, 1647

 

Les mouvements et la topographie de la Lune étant connus, les hommes du XXe siècle décident de l'explorer. Bénéficiant des progrès réalisés par les Allemands dans la fabrication des fusées pendant la Seconde Guerre mondiale, Américains et Russes se livrent, dans le contexte tendu de la Guerre froide, à une compétition acharnée pour l'atteindre. Si les Russes réussissent les premiers vols habités dans l’espace à partir de 1957, ce sont les Américains Neil Armstrong et Buzz Aldrin qui foulent les premiers le sol lunaire dans la nuit du 20 au 21 juillet 1969, suivis en direct par 500 millions de téléspectateurs.

Dès 1960, la France se lance dans un programme spatial ambitieux pour devenir la troisième puissance spatiale du monde : le Centre National d'Études Spatiales (CNES) est créé en 1961 et la première fusée, "Diamant", lancée en 1965, effectue 15 vols jusqu'en 1975 pour mettre des satellites sur orbite. La base d'Hammaguir en Algérie, à partir de laquelle la France expérimentait ses missiles et ses premiers lancements spatiaux depuis 1948, est transférée à Kourou en Guyane, où le Centre guyanais d'études spatiales est opérationnel dès 1968. La France joue un rôle moteur dans le développement du programme spatial européen. Dans les années 1970, elle favorise la création de l'Agence spatiale européenne (ESA ou European Space Agency) et propose que son programme de lanceur lourd soit repris au niveau européen : la première fusée Ariane est lancée le 24 décembre 1979 depuis Kourou.

 

Selfie du rover Curiosity sur Mars, 12 mai 2019

 

En 1979, le CNES s'engage dans une politique de coopération avec l'Union soviétique puis la Russie, pour des vols habités. C'est ainsi qu'en 1982, Jean-Loup Chrétien est le premier spationaute français et d'Europe de l'Ouest à faire un séjour dans une station spatiale soviétique. Il sera suivi de 9 autres, dont Claudie Haigneré, qui séjourne dans la station Mir puis dans la Station spatiale internationale. En parallèle, les scientifiques français collaborent avec la NASA, notamment pour le rover Curiosity, arrivé sur Mars en 2012 : sa caméra ChemCam et son laboratoire intégré SAM, qui permettent d'analyser la composition de la planète rouge, ont été conçus en partie par le CNES et le CNRS. Curiosity, qui continue à envoyer des images vers la Terre 7 ans après son "atterrissage", et le long séjour de Thomas Pesquet dans la Station spatiale internationale couronnent donc le succès du programme spatial français.