Le sol lunaire pourrait permettre de produire de l’oxygène et du carburant

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Régulièrement, des missions spatiales partent explorer l’espace lointain afin de trouver des solutions pour y séjourner à plus long terme. C’est le cas de la sonde chinoise Chang’e 5, qui s’était posée sur la Lune fin 2020. D’après l’analyse de la structure et de la composition, l’échantillon de sol lunaire rapporté par le rover présente un potentiel de conversion de l’énergie solaire lunaire. L’utilisation des ressources lunaires in situ offre donc une grande opportunité de fournir la base matérielle du support de vie pour les voyages et l’habitation lunaires.

« Dans un avenir proche, nous verrons l’industrie des vols spatiaux avec équipage se développer rapidement », déclare dans un communiqué Yingfang Yao, spécialiste des matériaux de l’université de NanjingYao et co-auteur de la nouvelle étude. « Tout comme l’ère de la voile dans les années 1600, lorsque des centaines de navires prenaient la mer, nous allons entrer dans une ère de l’espace ».

Seulement, il reste coûteux d’expédier des marchandises dans l’espace, de sorte que tout matériau que l’on peut trouver sur la Lune et qui ne provient pas de la Terre permet d’économiser beaucoup d’argent. Il s’agit de réduire la « charge utile » pour espérer mener une exploration à grande échelle du monde extraterrestre.

Le sol lunaire agirait comme catalyseur de réactions chimiques semblables à la photosynthèse

L’hypothèse de départ était que le sol lunaire pouvait être utilisé comme catalyseur pour fabriquer de l’oxygène et d’autres produits à partir de réactions chimiques imitant la photosynthèse (comme dans une plante verte), et ce grâce à la lumière du soleil. Une fois le rover revenu sur Terre, Yao et ses collègues ont donc examiné un échantillon de sol lunaire afin de savoir s’il pouvait servir de catalyseur pour un système qui convertirait l’eau extraite de la Lune et le dioxyde de carbone (libéré par le corps des astronautes) en produits utiles pour alimenter une base lunaire. Parmi ces produits, on retrouverait de l’oxygène, de l’hydrogène et d’autres sous-produits utiles en tant que carburant, comme le méthane.

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Un échantillon de sol lunaire rapporté par le vaisseau spatial chinois Chang’e 5. © Yingfang Yao et al (2022)

Y a-t-il quelque chose dans le sol lunaire qui ne permette pas de produire ces composés, comme peut le faire le sol terrestre ? Apparemment pas. Dans un premier temps, les chercheurs ont analysé leur échantillon à l’aide de techniques telles que la microscopie électronique et la diffraction des rayons X, pour identifier les composants catalytiques actifs du sol. L’échantillon contenait des substances riches en fer et en titane, qui pourraient être utiles dans une réaction imitant la photosynthèse.

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Ensuite, les chercheurs ont testé le sol comme catalyseur dans diverses réactions chimiques (utiles à la photosynthèse) pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène à partir de dioxyde de carbone et d’eau. Le dioxyde de carbone expiré par les astronautes serait recueilli et combiné à l’hydrogène provenant de l’électrolyse de l’eau, au cours d’un processus d’hydrogénation catalysé par le sol lunaire. En évaluant les performances de l’échantillon lunaire en tant qu’électrocatalyseur photovoltaïque, photocatalyseur et catalyseur photothermique, ils ont trouvé que la division complète de l’eau et la conversion du CO2 peuvent être réalisées par l’énergie solaire, l’eau et le sol lunaire, avec une gamme de produits cibles pour la vie lunaire.

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Ce schéma montre comment le sol lunaire peut servir de catalyseur à la photosynthèse extraterrestre pour produire l’oxygène et les carburants nécessaires à la survie à long terme sur la Lune. © Yingfang Yao et al (2022)

Cependant, l’efficacité du sol lunaire n’était pas aussi bonne que celle des catalyseurs dont nous disposons sur Terre, et elle ne serait pas suffisante pour générer des produits en quantités suffisantes pour soutenir la vie humaine sur la Lune. Des modifications de la structure et de la composition de l’échantillon de sol lunaire pourraient toutefois apporter des améliorations significatives dans ce but. Yao explique que l’équipe teste différentes approches pour améliorer la conception, comme la fusion du sol lunaire en un matériau nanostructuré à haute entropie, qui constitue un meilleur catalyseur.

Source : Joule

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