La mission Artemis de la NASA va signer le grand retour de l’Homme sur la Lune depuis la dernière mission Apollo en 1972. Mais amener des astronautes sur le sol lunaire n’est pas le but final des agences spatiales. Certains plans visent à installer de véritables bases lunaires permanentes afin d’y opérer des expériences scientifiques et tester différentes techniques d’ingénierie. Une des ressources primordiales pour parvenir à maintenir ces bases habitées est l’oxygène. Même si la Lune ne possède pas d’atmosphère, le régolithe qui tapisse sa surfasse contient énormément d’oxygène. Et pour éprouver la technique d’extraction d’oxygène à partir du régolithe, l’ESA va héberger la première usine prototype à grande échelle utilisant ce processus.
L’année dernière, des chercheurs ont publié un article sur la façon d’extraire l’oxygène d’un simulant de poussière lunaire (régolithe) ; maintenant, la première usine prototype d’oxygène va tenter cette extraction à plus grande échelle. Si cela fonctionne, la technologie pourrait fournir aux humains des ressources importantes qui aideront les futures missions lunaires, et peut-être même permettre des bases et des colonies à long terme sur la Lune.
« Le fait d’avoir notre propre installation nous permet de nous concentrer sur la production d’oxygène, en le mesurant avec un spectromètre de masse lors de son extraction du simulateur de régolithe. Pouvoir acquérir de l’oxygène à partir des ressources trouvées sur la Lune serait évidemment extrêmement utile pour les futurs colons lunaires, à la fois pour respirer et pour la production locale de carburant de fusée » explique la chimiste Beth Lomax de l’Université de Glasgow, en Écosse.
Extraire l’oxygène du régolithe grâce à l’électrolyse en sel fondu
L’installation, située au Centre européen de recherche et de technologie spatiales de l’Agence spatiale européenne aux Pays-Bas, utilisera la technique développée par Lomax et ses collègues. Les géochimistes savent, sur la base d’échantillons de régolithe lunaire, que l’oxygène est réellement très abondant dans ce matériau. Entre 40 et 45% du régolithe en poids sont de l’oxygène.
En utilisant une copie exacte du régolithe lunaire fabriqué sur Terre, appelée simulant du régolithe lunaire, des tentatives ont été faites dans le passé pour comprendre comment extraire l’oxygène, avec de mauvais résultats — trop compliqué, trop faible rendement ou destructeur du régolithe. L’équipe de Lomax a remédié à cela, en utilisant une technique appelée « électrolyse au sel fondu ».
Tout d’abord, le régolithe est placé dans un panier à mailles. Du chlorure de calcium — l’électrolyte — est ajouté et le mélange est chauffé à environ 950 degrés Celsius, une température qui ne fait pas fondre le matériau. Ensuite, un courant électrique est appliqué. Cela extrait l’oxygène et fait migrer le sel vers une anode, où il peut être facilement retiré. Cette technique permet d’extraire jusqu’à 96% de l’oxygène du régolithe ; en prime, le matériau restant de ce processus est un mélange d’alliages métalliques.
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Utiliser les matériaux résidus de l’électrolyse
« C’est une autre piste de recherche utile, pour voir quels sont les alliages les plus utiles qui pourraient être produits à partir de ces derniers, et pour quel type d’applications pourraient-ils être utilisés. Pourraient-ils être imprimés en 3D directement, par exemple, ou nécessiteraient-ils un raffinage ? La combinaison précise de métaux dépendra de l’endroit, sur la Lune, où le régolithe sera extrait — il y aurait des différences régionales importantes » indique Alexandre Meurisse, de l’Agence spatiale européenne.
La configuration actuelle du système est basée sur des installations commerciales de désoxydation, où l’oxygène n’est qu’un sous-produit inutile qui est évacué. Cependant, à mesure que l’installation évolue, un moyen de stocker l’oxygène sera inclus. Le but final, bien sûr, est de développer un système qui pourrait fonctionner sur la Lune, en utilisant un véritable régolithe lunaire, et non un simulant.