Cratère d’Aristarque sur la lune. Crédit : NASA/GSFC/Université d’État de l’Arizona
En ce qui concerne l’avenir de l’exploration spatiale, une poignée de pratiques sont essentielles pour les planificateurs de mission. Le plus important d’entre eux est le concept d’utilisation des ressources in situ (ISRU), fournissant de la nourriture, de l’eau, des matériaux de construction et d’autres éléments vitaux en utilisant les ressources locales. Et lorsqu’il s’agit de missions à destination de la Lune et Mars dans les années à venir, la capacité de récolter de la glace, du régolithe et d’autres éléments sera cruciale pour le succès de la mission.
En préparation des missions Artemis, Nasa les planificateurs se concentrent sur la recherche de la manière optimale de produire de l’oxygène gazeux (O2) de tout l’oxygène élémentaire enfermé dans la poussière de surface de la Lune (alias régolithe lunaire). En fait, les estimations actuelles indiquent qu’il y a suffisamment d’oxygène élémentaire contenu dans les dix premiers mètres (33 pieds) du régolithe lunaire pour créer suffisamment d’O2 pour chaque personne sur Terre pour les 100 000 prochaines années – plus que suffisant pour une colonie lunaire !
Alors que la Lune a une atmosphère très ténue qui contient de l’oxygène élémentaire, elle est si mince que les scientifiques caractérisent la Lune comme un “corps sans air”. Mais dans le régolithe lunaire, la fine poudre et les roches qui recouvrent la surface, il y a des quantités abondantes d’oxygène dans les roches lunaires et le régolithe. Également connue sous le nom de « Moondust », cette fine poussière imprègne la surface lunaire et est le résultat de milliards d’années d’impacts de météores et de comètes.
Selon John Grant, maître de conférences en sciences du sol à la Southern Cross University, en Australie, le régolithe de la Lune contient environ 45 % d’oxygène. Cependant, cet oxygène est lié aux minéraux oxydés, en particulier la silice, l’aluminium, le fer et le magnésium. La composition isoptique de ces minéraux est presque identique aux minéraux sur Terre, ce qui a conduit à des théories selon lesquelles le système Terre-Lune s’est formé ensemble il y a des milliards d’années (alias le Hypothèse d’impact géant).
Cependant, pour que cet oxygène soit utilisable par les futurs astronautes et habitants lunaires, il doit être extrait de tout ce régolithe, ce qui nécessite une quantité importante d’énergie pour rompre les liaisons chimiques. Sur Terre, ce processus (appelé électrolyse) est couramment utilisé pour fabriquer des métaux, où les oxydes fondus sont soumis à un courant électrique pour séparer les minéraux de l’oxygène.
Dans ce cas, l’oxygène gazeux est produit en tant que sous-produit afin que des métaux puissent être produits à des fins de construction et de fabrication. Mais sur la Lune, l’oxygène serait le produit principal tandis que les métaux seraient mis de côté en tant que sous-produit potentiellement utile – très probablement pour la construction d’habitats. Comme Grant l’a expliqué dans un article récent dans La conservation, le processus est simple mais souffre de deux obstacles majeurs lorsqu’il est adapté à l’espace :
“[I]C’est très gourmand en énergie. Pour être durable, il devrait être soutenu par l’énergie solaire ou d’autres sources d’énergie disponibles sur la Lune. L’extraction de l’oxygène du régolithe nécessiterait également un équipement industriel important. Nous devrions d’abord convertir l’oxyde métallique solide en forme liquide, soit en appliquant de la chaleur, soit en combinant de la chaleur avec des solvants ou des électrolytes. Nous avons la technologie pour le faire sur Terre, mais déplacer cet appareil vers la Lune – et générer suffisamment d’énergie pour le faire fonctionner – sera un défi de taille. »
Concept de base lunaire de l’ESA. Crédit : ESA/Foster + Partenaires
En bref, le processus doit être beaucoup plus économe en énergie pour être considéré comme durable, ce qui pourrait être accompli grâce à l’énergie solaire. Autour du bassin d’Aitken au pôle Sud, des panneaux solaires pourraient être positionnés autour du bord des cratères ombragés en permanence pour fournir un flux d’énergie ininterrompu. Mais y faire parvenir l’équipement industriel représenterait toujours un défi monumental.
Mais si et quand nous avons établi l’infrastructure, il reste la question de la quantité d’oxygène que nous pourrions extraire. Comme l’indique Grant, si l’on considère uniquement le régolithe qui est facilement accessible en surface et que l’on tient compte des données fournies par Nasa et le Institut planétaire lunaire (LPI), quelques estimations sont possibles :
« Chaque mètre cube de régolithe lunaire contient en moyenne 1,4 tonne de minéraux, dont environ 630 kilogrammes d’oxygène. Selon la NASA, les humains ont besoin de respirer environ 800 grammes d’oxygène par jour pour survivre. Ainsi, 630 kg d’oxygène maintiendraient une personne en vie pendant environ deux ans (ou un peu plus).
« Maintenant, supposons que la profondeur moyenne du régolithe sur la Lune est d’environ dix mètres et que nous pouvons en extraire tout l’oxygène. Cela signifie que les dix premiers mètres de la surface de la Lune fourniraient suffisamment d’oxygène pour subvenir aux besoins des huit milliards de personnes sur Terre pendant environ 100 000 ans.
Illustration des astronautes d’Artémis sur la Lune. Crédit : NASA
À bien des égards, estimer comment un corps astronomique présentera des opportunités pour l’ISRU est comme la prospection minière. Par exemple, la NASA a récemment annoncé que l’astéroïde métallique Psyche II pourrait contenir jusqu’à 10 000 milliards de dollars de métaux précieux et de minerais. En 2022, le Psyché L’orbiteur rencontrera cet astéroïde, qui pourrait être le vestige central d’un planétoïde ayant perdu ses couches externes, pour l’étudier de près.
Naturellement, certains ne sont pas d’accord avec cette évaluation, citant que la composition et la densité de Pysche II ne sont pas particulièrement bien contraintes. Pour d’autres, les estimations de cette nature ignorent le simple coût d’extraction de cette richesse, ce qui nécessiterait la construction préalable d’une infrastructure importante. Et même alors, transporter ce type de masse de la ceinture d’astéroïdes à la Terre présente de nombreux problèmes logistiques.
Il en va de même pour l’extraction d’astéroïdes, une entreprise potentiellement lucrative qui pourrait entraîner l’extraction de milliers de milliards d’astéroïdes géocroiseurs (AEN) dans un proche avenir. Cependant, cela dépend également de la création d’une infrastructure minière spatiale robuste qui en est encore au stade conceptuel. Heureusement, lorsqu’il s’agit d’établir une infrastructure liée à l’ISRU sur la Lune, les méthodes et les voies proposées sont en place depuis les années 1960.
Dans les années à venir, plusieurs missions seront envoyées sur la Lune pour approfondir ces possibilités, dont Grant cite deux dans son article. Début octobre, la NASA a signé un accord avec l’Agence spatiale australienne pour développer un petit rover lunaire qui pourrait être envoyé sur la Lune dès 2026. Le but de ce rover sera de collecter des échantillons de régolithe lunaire et de les transférer vers une NASA. -exploitation du système ISRU sur un atterrisseur lunaire commercial.
Illustration d’artiste de la nouvelle combinaison spatiale que la NASA conçoit pour les astronautes d’Artemis. C’est ce qu’on appelle le xEMU, ou Exploration Extravehicular Mobility Unit. Crédit : NASA
De plus, la startup belge Space Applications Systems (SAS) a annoncé l’été dernier qu’elle construisait trois réacteurs expérimentaux pour la Lune. Ils étaient l’un des quatre finalistes retenus par l’Agence spatiale européenne (ESA) pour développer un démonstrateur technologique compact capable de récolter de l’oxygène pour fabriquer du propulseur pour les engins spatiaux, de l’air pour les astronautes et des matières premières métalliques pour les équipements.
La société espère envoyer la technologie sur la Lune dans le cadre d’une ESA prévue Démonstration ISRU mission, qui est actuellement prévue pour aller sur la Lune d’ici 2025. Ces technologies et d’autres sont poursuivies pour garantir le retour tant attendu de l’humanité sur la Lune.
Publié à l’origine le Univers aujourd’hui.
Pour en savoir plus sur ce sujet, voir La couche supérieure de la Lune a assez d’oxygène pour soutenir 8 milliards de personnes pendant 100 000 ans.
