L'origine du mot lui-même éclaire sa nature profonde. Forgé en 1897 par le géologue américain George Perkins Merrill, il combine les racines grecques rhegos = couverture ou manteau, et lithos = pierre. Le régolithe est donc étymologiquement le manteau de pierre qui enveloppe la planète. 

Les régolithes de la Terre, de la Lune et de Mars.
Le régolithe terrestre.
Sur Terre, le régolithe prend des formes variées selon le contexte géomorphologique et climatique. Dans les régions tempérées, elle est souvent composée de plusieurs horizons superposés. Au sommet, le sol (ou pedon) est la partie du régolithe intensément affectée par les processus biologiques et chimiques, enrichie en matière organique, structurée par l'activité des racines et de la pédofaune. Sous ce sol, on trouve une zone de transition, l'altérite ou saprolite, où la roche-mère perd progressivement sa cohésion tout en conservant souvent sa structure originelle. Les minéraux primaires, comme les feldspaths et les micas, y sont transformés en minéraux secondaires, principalement des argiles et des oxydes de fer et d'aluminium. L'épaisseur de ce manteau terrestre est extraordinairement variable, allant de quelques centimètres sur un versant montagneux en érosion active à plusieurs dizaines, voire centaines de mètres, sous les surfaces d'aplanissement des vieux boucliers tropicaux, comme en Afrique de l'Ouest ou au Brésil. Cette diversité est le reflet direct de l'équilibre entre deux forces antagonistes : la production de matériau par altération de la roche-mère, et son ablation par l'érosion. C'est pourquoi le régolithe terrestre est une entité éphémère à l'échelle des temps géologiques, constamment renouvelée et remodelée.

Les mécanismes qui président à sa formation sont excessivement complexes. L'altération physique, ou désagrégation mécanique, fragmente la roche sans en changer la composition chimique. Les cycles de gel et de dégel, l'expansion thermique, la croissance de cristaux de sel dans les pores, ou encore la décompression qui survient lorsque l'érosion ôte le poids des terrains sus-jacents, sont autant de processus qui réduisent un massif granitique en une arène grenue. L'altération chimique, quant à elle, transforme la nature même des minéraux. Au premier rang de ces réactions se trouve l'hydrolyse, par laquelle les ions H+ de l'eau, rendue acide par la dissolution du dioxyde de carbone, attaquent les réseaux cristallins des silicates. Le granit, par exemple, voit ses feldspaths se muer en minéraux argileux comme la kaolinite, libérant au passage des cations (K⁺, Na⁺, Ca²⁺) et de la silice dissoute, éléments essentiels à la fertilité des sols et aux cycles géochimiques globaux. Le quartz, minéral d'une résistance quasi absolue à l'altération chimique dans les conditions de surface, s'accumule sous forme de grains résiduels qui constitueront l'ossature des futurs sables et grès. Dans les régions tropicales, l'intensité du lessivage conduit à l'élimination presque totale de la silice et des bases, aboutissant à la formation de cuirasses latéritiques, un régolithe extrême, dur comme de la roche, composé d'oxydes de fer (hématite, goethite) et d'hydroxydes d'aluminium (gibbsite), qui peut servir de minerai pour le fer ou l'aluminium. Sur Terre, la biosphère joue un rôle d'amplificateur et de catalyseur de ces processus. Les racines fracturent la roche, les lichens sécrètent des acides organiques, et la décomposition de la matière organique génère un flux continu d'acides humiques et de CO2 qui alimentent l'altération chimique. Le régolithe terrestre n'est donc pas un simple produit de la dégradation de la roche, c'est une zone de réactions intenses où le minéral, l'eau, l'air et le vivant sont en perpétuelle interaction.

Le régolithe lunaire.
Si l'on quitte la Terre pour porter le regard vers la Lune, le mot régolithe prend une dimension radicalement nouvelle. Le régolithe lunaire est un manteau presque omniprésent, d'une épaisseur variant de 3 à 5 mètres sur les mers basaltiques à plus de 10 ou 20 mètres sur les hautes terres cratérisées. Son origine est radicalement différente : il n'est pas le fruit d'une altération atmosphérique ou biologique, mais le produit direct et presque exclusif du bombardement météoritique. Pendant plus de quatre milliards d'années, la surface lunaire a été soumise à un pilonnage incessant par des projectiles de toutes tailles, des micrométéorites aux gros astéroïdes. Chaque impact, même microscopique, pulvérise, fond, vaporise et brasse la roche. Ce processus, nommé jardinage par les planétologues, est le principal agent de la dynamique de surface lunaire. Le matériau qui en résulte est d'une finesse et d'une homogénéité surprenantes, un limon (silt) grisâtre et poudreux que les astronautes d'Apollo ont décrit comme adhérant à tout et abrasif. Ce régolithe est une archive inestimable de l'histoire du Système solaire. En l'absence d'atmosphère, de champ magnétique global et de phénomènes tectoniques, chaque particule du vent solaire, chaque atome issu des rayons cosmiques galactiques, est implanté et conservé dans les grains minéraux. Les couches les plus superficielles du régolithe sont ainsi saturées d'isotopes rares, comme l'hélium-3, un combustible potentiel pour la fusion nucléaire. Enfoui dans cette fine poussière se trouve un enregistrement des variations de l'activité solaire et du flux de rayonnement cosmique sur des échelles de temps géologiques. Les échantillons rapportés par les missions Apollo et Luna, et plus récemment par la sonde chinoise Chang'e-5, ont permis de révéler des épisodes d'activité volcanique bien plus récents qu'on ne le pensait et de mieux comprendre le bombardement d'astéroïdes qui a structuré le Système solaire interne.

L'étude microscopique du régolithe lunaire révèle des composants d'une grande étrangeté, inconnus sur Terre. La composante majeure est constituée de fragments lithiques et minéraux, des débris anguleux de basalte, d'anorthosite ou de verre volcanique. Mais l'élément le plus fascinant est ce que l'on nomme l'agglutinat. Lorsqu'une micrométéorite frappe le sol, l'énergie de l'impact est suffisante pour faire fondre une petite quantité de régolithe. Cette gouttelette de verre en fusion, projetée dans le vide, englobe et cimente les grains de poussière environnants avant de se solidifier brutalement en une particule vitreuse, hétérogène, criblée de bulles de gaz et d'inclusions minérales. Les agglutinats sont des marqueurs de la maturité du sol lunaire : plus une surface est ancienne et exposée longtemps au bombardement micrométéoritique, plus la proportion d'agglutinats dans son régolithe est élevée. On y trouve également des sphérules de verre, parfois colorées en vert ou en orange, issues de fontaines de lave lors d'éruptions volcaniques explosives, un phénomène rare et spectaculaire qui a dispersé des pyroclastes sur de vastes distances. L'absence totale d'eau liquide et d'oxygène libre donne au régolithe lunaire des propriétés physico-chimiques très particulières. Les grains ne sont pas arrondis par l'érosion fluviatile ou éolienne, mais sont au contraire des éclats tranchants, d'une abrasivité redoutable. Leur surface, non recouverte de patine oxydée ou argileuse, présente une énergie de surface très élevée, ce qui les rend chimiquement réactifs et, pour les futurs colons lunaires, potentiellement dangereux pour les poumons et les équipements.

Le régolithe martien.
La planète Mars offre un troisième visage du régolithe, à mi-chemin entre les mondes terrestre et lunaire, mais avec une personnalité singulière. La surface martienne est aujourd'hui un désert froid et hyperaride, balayé par des tempêtes de poussière globales, mais elle porte les cicatrices d'un passé où l'eau liquide coulait en abondance. Le régolithe martien est donc le produit d'une interaction complexe entre le bombardement météoritique, une altération aqueuse ancienne, et une altération éolienne permanente. Les missions d'exploration robotique, des atterrisseurs Viking aux rovers Curiosity et Perseverance, ont brossé le portrait d'une couche meuble dont l'épaisseur peut atteindre des centaines de mètres dans les régions équatoriales et qui recouvre de vastes portions de la planète d'une teinte rouge caractéristique. Cette couleur est due à la présence de nanoparticules d'oxydes de fer, principalement de l'hématite, dispersées dans une matrice de poussière basaltique. L'observation la plus déterminante est venue de la détection, à l'échelle globale puis localement par le rover Curiosity, de minéraux hydratés : des argiles et des sulfates de calcium. Ces minéraux sont des témoins irréfutables d'une altération par l'eau liquide dans un passé lointain, probablement le Noachien, il y a plus de 3,7 milliards d'années. Le régolithe martien est donc une archive géologique hybride, contenant à la fois des minéraux ignés primaires, des débris d'impact vitrifiés, et des produits d'altération aqueuse. Plus surprenant encore, il recèle des composés chimiques très réactifs, comme les perchlorates (ClO4^-), détectés par la sonde Phoenix. Ces sels, hautement oxydants et capables d'abaisser le point de congélation de l'eau, pourraient fournir une source d'énergie à d'éventuels micro-organismes, mais constituent un véritable poison pour la vie humaine et un défi pour l'agriculture spatiale. Le cycle actuel du régolithe martien est dominé par le vent. Le frottement des grains de sable transportés par saltation polit les roches en yardangs (crêtes formées par l'érosion) et en ventifacts (roches rainurées et polies), tout en produisant une fine poussière qui reste en suspension dans l'atmosphère pendant des semaines, filtrant la lumière du soleil et teintant le ciel d'une couleur ocre. La planète se recouvre ainsi en permanence d'une couche de poussière micrométrique qui homogénéise sa surface.

L'étude et l'usage des régolithes extraterrestres.
L'étude du régolithe a franchi une étape décisive avec les missions de retour d'échantillons. Les 382 kilogrammes de roches et de sol lunaires rapportés par Apollo ont révolutionné la planétologie. Leur analyse en laboratoire, grain par grain, a permis de dater les principaux bassins d'impact et d'établir l'échelle des temps géologiques lunaires, qui sert aujourd'hui de référence pour tout le Système solaire interne. Le régolithe a aussi livré des secrets inimaginables : des traces de carbone, d'azote et d'eau, dont l'origine solaire, cométaire ou interne est toujours débattue. 

La quête s'est poursuivie sur les astéroïdes. Les missions japonaises Hayabusa et Hayabusa2, et américaine OSIRIS-REx, ont entrepris de collecter et de rapporter sur Terre le régolithe de ces petits corps primitifs. Le matériau de l'astéroïde Ryugu, un tas de gravats carbonés, s'est révélé être parmi les plus sombres et les plus poreux jamais examinés, riche en matière organique complexe et en minéraux hydratés, et d'une fragilité extrême. Ce type de régolithe, micro-granuleux, n'est pas formé par impacts violents comme sur la Lune, mais par un lent processus de fracturation thermique dû aux cycles jour-nuit, par la faible gravité qui ne retient pas les fragments éjectés lors de collisions lointaines, et par un ré-accrétion de ces particules en un manteau lâche. 

Ces échantillons sont des capsules temporelles quasiment inchangées depuis la formation du Système solaire, il y a 4,56 milliards d'années. Ils nous renseignent directement sur la nature de la nébuleuse protosolaire et sur les briques élémentaires qui, en s'assemblant, ont pu apporter l'eau et les molécules prébiotiques à la Terre primitive.

Au-delà de son intérêt scientifique fondamental, le régolithe se trouve au coeur des enjeux pratiques de l'exploration humaine de l'espace. Pour établir une présence durable sur la Lune ou sur Mars, il est impensable de tout acheminer depuis la Terre à grands frais. Le régolithe devient alors la ressource locale par excellence, et son utilisation porte le nom d'ISRU (In-Situ Resource Utilization). La poussière lunaire, en vrac, peut servir de matériau de blindage contre les radiations cosmiques, simplement en l'entassant de quelques mètres sur les modules d'habitation. Compacté ou fritté au micro-ondes, il pourrait former des briques pour construire des pistes d'atterrissage ou des parois de protection. Sur le plan chimique, il contient plus de 40 % d'oxygène en masse, prisonnier des réseaux cristallins des silicates et des oxydes. Des procédés d'électrolyse en sels fondus ou de réduction par l'hydrogène sont à l'étude pour extraire cet oxygène, à la fois pour la respiration des astronautes et comme comburant pour les moteurs-fusées. 

La présence d'eau, sous forme de glace, dans les régolithes des cratères polaires lunaires ou dans le pergélisol martien, constitue un atout majeur : en plus d'être vitale pour la consommation humaine, l'eau peut être dissociée en hydrogène et en oxygène par électrolyse solaire. Sur Mars, la filtration et le traitement du régolithe pour éliminer les perchlorates seraient une étape indispensable pour créer des sols arables pour des serres spatiales, transformant une poussière stérile et toxique en substrat fertile. Le régolithe cesse alors d'être un simple objet d'étude géologique pour devenir un milieu à domestiquer, la terre promise des pionniers interplanétaires.

Cependant, cette même poussière qui promet l'autonomie est aussi l'un des plus formidables obstacles à l'exploration. L'expérience des missions Apollo a montré que la poussière lunaire était un fléau technique et sanitaire. Son pouvoir abrasif usait prématurément les joints des combinaisons spatiales, dont les gantelets commençaient à fuir après seulement quelques sorties. Elle s'introduisait dans les fermetures étanches des boîtiers d'échantillons, recouvrait les radiateurs thermiques, diminuant leur efficacité, et adhérait aux casques et aux instruments optiques. Rapportée à l'intérieur du module lunaire, en suspension dans la cabine, elle était inhalée par les astronautes, provoquant une irritation des voies respiratoires décrite comme un "rhume des foins lunaire". Les grains acérés de la poussière martienne, couplés à la présence de composés toxiques comme les perchlorates, font de la gestion de ce régolithe une priorité pour les futures missions habitées. La conception de systèmes de filtration, de sas à dépression avec nettoyage électrostatique, et de matériaux répulsifs anti-poussière est devenue une branche à part entière de l'ingénierie spatiale.