Les scientifiques veulent faire de la photosynthèse artificielle pour vivre dans l’espace

Jakarta –

L’existence de la vie sur Terre doit beaucoup à la photosynthèse, un processus vieux de 2,3 milliards d’années. Cette réaction très intéressante et encore mal comprise permet aux plantes et autres organismes de récolter la lumière du soleil, l’eau et le dioxyde de carbone tout en les convertissant en oxygène et en énergie sous forme de sucre.

La photosynthèse fait tellement partie intégrante du fonctionnement de la Terre que nous la tenons pour acquise. Mais lorsque nous regardons au-delà de la planète à la recherche de nouveaux endroits à explorer et à habiter, il est clair à quel point ce processus est rare et précieux.

“Comme mes collègues et moi l’avons étudié dans un article récent publié dans Nature Communications, les progrès récents de la photosynthèse artificielle pourraient être la clé de la survie et du développement loin de la Terre”, a déclaré Katharina Brinkert, professeure adjointe en catalyse à l’Université de Warwick, citée par Science. Alerte, vendredi (9/6/2023).

Il a dit que le besoin humain d’oxygène rend les voyages spatiaux compliqués. Les limitations de carburant limitent la quantité d’oxygène que nous pouvons transporter, surtout si nous voulons parcourir de longues distances vers la Lune et Mars. Un aller simple vers Mars prend généralement deux ans, ce qui signifie que nous ne pouvons pas facilement expédier des ressources depuis la Terre.

Il existe déjà un moyen de produire de l’oxygène en recyclant du dioxyde de carbone sur la Station spatiale internationale (ISS). La majeure partie de l’oxygène de l’ISS provient d’un processus appelé électrolyse qui utilise l’électricité des panneaux solaires de la station pour séparer l’eau en hydrogène gazeux et oxygène gazeux que les astronautes respirent. Il dispose également d’un système séparé qui convertit le dioxyde de carbone expiré par les astronautes en eau et en méthane.

“Cependant, cette technologie est peu fiable, inefficace, lourde et difficile à entretenir. Le processus de génération d’oxygène, par exemple, nécessite environ un tiers de l’énergie totale nécessaire pour faire fonctionner l’ensemble du système ISS qui prend en charge le contrôle de l’environnement et soutient la vie”, a expliqué Brinkert.

Photosynthèse Artificielle

Par conséquent, la recherche de systèmes alternatifs pouvant être utilisés sur la Lune et en route vers Mars est en cours. Une possibilité est de récolter l’énergie abondante du Soleil dans l’espace et de l’utiliser directement pour la production d’oxygène et le recyclage du dioxyde de carbone dans un seul appareil.

La seule autre entrée dans un tel appareil est l’eau, similaire au processus de photosynthèse qui se produit dans la nature. Cela éviterait des configurations compliquées où les deux processus de récolte de lumière et de production chimique sont séparés, comme sur l’ISS.

“C’est excitant car cela peut réduire le poids et le volume du système, deux critères clés pour l’exploration de l’espace lointain. Mais ce sera aussi plus efficace”, a déclaré Brinkert.

Selon lui, nous pouvons utiliser l’énergie thermique supplémentaire ou la chaleur libérée lors du processus de capture de l’énergie solaire directement pour catalyser (allumer) des réactions chimiques. De plus, le câblage et la maintenance compliqués peuvent être considérablement réduits.

“Nous avons produit un cadre théorique pour analyser et prédire les performances des dispositifs intégrés de photosynthèse artificielle pour des applications sur la Lune et sur Mars”, a-t-il déclaré.

Au lieu de la chlorophylle, qui est responsable de l’absorption de la lumière dans les plantes et les algues, l’appareil utilise un matériau semi-conducteur qui peut être recouvert directement d’un simple catalyseur métallique qui prend en charge la réaction chimique souhaitée.

L’analyse des chercheurs a montré que l’appareil est en effet faisable pour compléter les technologies de survie existantes, telles que les ensembles générateurs d’oxygène utilisés sur l’ISS. C’est notamment le cas lorsqu’il est couplé à un dispositif qui concentre l’énergie solaire pour alimenter la réaction.

Il existe également une autre approche. Par exemple, nous pouvons produire de l’oxygène directement à partir du sol lunaire (régolithe). Mais selon Brinkert, ce processus nécessite des températures élevées pour fonctionner. Les dispositifs de photosynthèse artificielle, en revanche, peuvent fonctionner à température ambiante aux pressions trouvées sur Mars et la Lune. Cela signifie qu’ils peuvent être utilisés directement dans l’habitat et utiliser l’eau comme principale ressource.

“C’est particulièrement excitant compte tenu de la présence de glace d’eau déposée dans le cratère lunaire Shackleton, qui est un site d’atterrissage préparé pour les futures missions lunaires”, a déclaré Brinkert avec optimisme.

Sur Mars, l’atmosphère est composée à près de 96% de dioxyde de carbone, elle semble donc idéale pour les appareils de photosynthèse artificielle. Mais l’intensité lumineuse sur la planète rouge est plus faible que sur Terre car elle est plus éloignée du Soleil.

Cela causera-t-il alors des problèmes ? Les chercheurs ont en fait calculé l’intensité de la lumière solaire disponible sur Mars. Ils ont démontré que les humains pouvaient utiliser ces appareils là-bas, bien que les miroirs solaires deviennent de plus en plus importants.

La production efficace et fiable d’oxygène et d’autres produits chimiques et le recyclage du dioxyde de carbone dans les engins spatiaux et dans les habitats sont d’énormes défis qui doivent être maîtrisés pour les missions spatiales à long terme.

Les systèmes d’électrolyse existants, qui fonctionnent à des températures élevées, nécessitent un apport d’énergie important. Et les dispositifs pour convertir le dioxyde de carbone en oxygène sur Mars en sont encore à leurs balbutiements, qu’ils soient basés sur la photosynthèse ou non.

Il faudra donc plusieurs années de recherches intensives pour pouvoir utiliser cette technologie dans l’espace. Copier une partie vitale de la photosynthèse de la nature peut nous offrir plusieurs avantages, nous aidant à y arriver dans un avenir pas trop lointain.

“L’impact serait énorme. Par exemple, nous pourrions en fait créer une atmosphère artificielle dans l’espace et produire des produits chimiques dont nous avons besoin pour des missions à long terme, comme des engrais, des polymères ou des produits pharmaceutiques”, a déclaré Brinkert.

De plus, dit Brinkert, les connaissances acquises lors de la conception et de la construction de ces appareils peuvent les aider à relever le défi de l’énergie verte sur Terre.

“Nous avons la chance d’avoir des plantes et des algues pour produire de l’oxygène. Mais des dispositifs photosynthétiques artificiels pourraient être utilisés pour produire de l’hydrogène ou des carburants à base de carbone (au lieu du sucre), ouvrant ainsi une voie verte pour la production de produits chimiques riches en énergie que nous pouvons stocker. et l’utilisation pour le transport. », a déclaré Brinkert.

“Notre future exploration spatiale et notre économie énergétique partagent un objectif à long terme très similaire : la durabilité. Les dispositifs de photosynthèse artificielle peuvent être un élément clé pour y parvenir”, conclut-il.

Regarder la vidéo “Des scientifiques prédisent l’apparition d’une étoile avalant la Terre“

(rns/fay)