Une image prise par les astronautes d'Apollo 17 alors qu'ils exploraient le site de Taurus Littrow. © Nasa

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Colonisation de la Lune : comment produire de l'oxygène à partir du sol lunaire ?

Question/RéponseClassé sous :colonisation de la Lune , base lunaire , Nasa

L'oxygène liquide est le comburant des moteurs de fusée le plus performant mais surtout il permettrait à des colons de respirer dans le Système solaire. Est-il possible de le produire à partir du sol lunaire ? Et si oui, comment ?

Une base lunaire aurait bien des avantages. Le champ de gravité de la Lune étant plus faible que celui de la Terre, l'extraction de matériaux permettant de construire les fameuses colonies spatiales de Gerard O'Neill y serait plus aisée. Avec une biosphère en réduction, elle permettrait de tester certains des concepts nécessaires à l'établissement d'une base permanente et autonome pour des colons martiens. Mais pour cela, il faudrait pouvoir faire vivre une population humaine non négligeable et cela implique de pouvoir disposer de ressources en oxygène et en eau.

Nous avons de bonnes raisons de penser qu'il existe des ressources en eau dans certains cratères lunaires aux pôles. Mais nous ne savons pas en pratique si elles seront vraiment adaptées à la colonisation.

En ce qui concerne l'oxygène, nous savons depuis les travaux de pionniers, dans les années 1960, qu'il est possible de l'extraire du sol lunaire. En effet, le régolithe et les roches sur la Lune contiennent beaucoup d'oxygène sous forme d'oxyde métallique de fer, de titane et bien sûr de silicium, formant des minéraux. Au cours des décennies qui ont suivi le programme Apollo, une vingtaine de processus physico-chimiques ont été proposés pour produire de l'oxygène sur la Lune.

Une vidéo de présentation d'une série de tests de réacteurs producteurs d'oxygène à partir d'un sol lunaire fait par la Nasa à Hawaï. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ».© NASAeClips

Un cycle pour extraire l'oxygène du sol lunaire avec de l'énergie solaire

Parmi les plus étudiés, avec diverses variantes, on trouve ceux consistant à utiliser une sorte de four solaire avec des miroirs concentrant les rayons du Soleil pour porter à des températures élevées (entre 700 et 1.000 °C) du régolithe ou des roches, éventuellement collectés et amenés dans le four par des robots. Certains minéraux - comme l'ilménite de formule FeTiO3 - peuvent alors réagir avec de l'hydrogène ou du méthane pour produire directement de l'oxygène ou du monoxyde de carbone et de l'hydrogène. À plus basse température, le monoxyde de carbone et l'hydrogène donnent alors du méthane et de l'eau que l'on peut électrolyser pour obtenir de l'oxygène et de l'hydrogène. Méthane ou hydrogène, selon la réaction de départ, peuvent donc être réutilisés pour boucler un cycle de production d'oxygène. Il faudrait bien sûr apporter suffisamment de méthane ou d'hydrogène en provenance de la Terre pour amorcer un tel cycle.

Une autre grande classe de processus repose, elle, sur l'électrolyse d'un bain de roches lunaires silicatées fondues. Dans les deux cas de figure, on a besoin d'énergie solaire pour chauffer et produire de l'électricité, ce qui ne devrait pas poser de problème sur la Lune. L'électricité pourrait, de plus, servir à alimenter des sortes de catapultes magnétiques qui permettraient d'envoyer dans l'espace, aussi bien des réserves d'oxygène liquide, pour des colonies spatiales ou pour la propulsion de vaisseaux en orbite destinés à exploiter les astéroïdes, que des matériaux issus de l'industrie lunaire, par exemple les métaux produits indirectement par l'extraction de l'oxygène.

Un des trois réacteurs producteurs d'oxygène (ici, ROxygen) testé par la Nasa en 2008. En principe, il devait être capable de produire les deux tiers de l'oxygène nécessaire à la vie de quatre astronautes sur la Lune pendant un an. © Johnson Space Center, Kennedy Space Center

En 2008, des tests ont été conduits avec plusieurs prototypes de réacteurs à Hawaï sur des sites, en quelque sorte, analogues au sol lunaire. Les processus utilisés se faisaient à chaque fois en deux étapes, chauffage des sols avec de l'hydrogène puis électrolyse de l'eau obtenue pour produire de l'oxygène.

On peut penser que toutes ces technologies seront testées prochainement sur la Lune, surtout si l'on décide, en prélude à l'établissement de colonies martiennes, de commencer à tester les technologies pour des colonies permanentes avec une base lunaire.

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