Une nouvelle façon de produire de l’oxygène sur Mars : à l’aide de plasma

Il existe plusieurs façons de produire de l’oxygène sur Mars. Ou du moins il y en a maintenant. Après le succès de l’expérience MOXIE qui a accompagné Persévérance sur la planète rouge en 2021, une autre idée de produire l’un des gaz les plus utiles de l’univers a été prouvée expérimentalement par une équipe internationale de chercheurs. Et ils pourraient potentiellement le faire sur Mars même.

Alors pourquoi les chercheurs pourraient-ils chercher une alternative après le succès largement rapporté de l’expérience d’utilisation des ressources in situ d’oxygène de Mars (MOXIE) ? Quelques raisons techniques font de MOXIE une solution loin d’être idéale dans un autre monde. MOXIE est basé sur le concept de cellules d’électrolyse solides, qui, bien qu’elles soient sans aucun doute efficaces pour décomposer le dioxyde de carbone en oxygène, le font dans des conditions environnementales particulières.

Leurs températures doivent atteindre plus de 1000 K et la pression à l’intérieur de la chambre doit être d’au moins 1 bar. Bien que de telles pressions relativement basses puissent ne pas sembler préoccupantes sur Terre, elles le sont certainement sur Mars, où la pression atmosphérique n’est que d’environ 6,5 millibars, soit moins de 1 % de la pression nécessaire au bon fonctionnement de MOXIE.

Dans la pratique, le système MOXIE nécessite des appareils de chauffage et des pompes volumineux et encombrants pour forcer les conditions environnementales nécessaires sur une atmosphère qui se situe généralement bien en dehors de ces valeurs. Et, comme pour tout ce qui concerne l’exploration spatiale, ces équipements volumineux et encombrants ont un coût considérablement accru en termes de masse nécessaire pour décoller de la Terre.

Bien que l’expérience MOXIE de Perseverance ait été un succès, sa mise à l’échelle serait difficile, nécessitant 25 kW de puissance pour créer suffisamment d’oxygène pour ne supporter que deux astronautes. Cela équivaut à un peu moins que la puissance moyenne qu’un ménage américain utilise en une journée – et cette consommation d’énergie est strictement destinée à créer de l’oxygène respirable.

D’autres problèmes abondent, de l’encrassement de la cellule d’électrolyse avec le carbone qui est l’autre sous-produit de cette réaction, à la probabilité que la poussière martienne obstrue les pompes d’admission. Il y a tellement de problèmes connus avec MOXIE que la NASA a récemment investi dans le programme NIAC qui tenterait d’éliminer certains d’entre eux.

Mais un nouveau document utilise une approche entièrement différente. Utilisant un “plasma froid”, ce système tente de séparer l’oxygène dissocié du monoxyde de carbone restant après la séparation des atomes. Que Ô₂ pourrait alors être siphonné par un système tel qu’un mélange de membranes conductrices d’ions électroniques.

Ces matériaux relativement nouveaux sont encore en développement actif, mais leur utilisation combinée avec des plasmas à basse température a fait l’objet d’un intérêt particulier. De nombreux facteurs entrent dans la conception de tout système fonctionnel, tels que le “temps de résidence” du CO₂ dans le plasma – ou combien de temps le gaz est soumis au plasma avant que l’oxygène n’en soit extrait.

Ces décisions peuvent entraîner plus qu’une simple machine génératrice d’oxygène standard. Les systèmes de création d’oxygène à base de plasma pourraient être suffisamment petits pour être portables par un astronaute individuel, leur permettant de marcher dans l’atmosphère martienne sans avoir à transporter un réservoir d’O2 potentiellement explosif. De plus, différents types de configurations de plasma et de gaz pourraient entraîner des techniques de fixation de l’azote qui pourraient être essentielles à toute future agriculture sur la planète rouge.

Il reste encore un long chemin à parcourir avant que les humains ne respirent de l’oxygène sur Mars créé par un système de plasma froid. Mais ce document de preuve de concept est un pas dans la bonne direction. Et cela peut également avoir un impact plus près de chez nous – tout moyen d’éliminer en toute sécurité et à moindre coût le dioxyde de carbone de l’atmosphère terrestre attirerait l’attention de nombreux gouvernements et organisations à but non lucratif en ce moment, alors peut-être que l’avenir immédiat de cette technologie sera plus proche de domicile.

Apprendre encore plus:
Institut américain de physique – Récolter des ressources sur Mars avec des plasmas
Guerra et al – Plasma pour sur site utilisation des ressources sur Mars : carburants, système de survie et agriculture
UT- Les explorateurs de Mars vont avoir besoin d’air, et beaucoup d’air. Voici une technologie qui pourrait les aider à respirer facilement
UT- La persévérance extrait avec succès l’oxygène de l’atmosphère martienne. Environ 10 minutes de temps de respiration pour un astronaute

Image principale :
Plasma créé pour dissocier le CO2 dans les recherches actuelles.
Crédit – Olivier Guaitella