Des chercheurs explorent comment parvenir à des systèmes d'eau durables dans l'espace

Royaume-Uni - Agence de presse Ekhbary

Des chercheurs explorent comment parvenir à des systèmes d'eau durables dans l'espace

Alors que les ambitions de l'humanité s'étendent vers l'établissement de postes permanents sur la Lune et Mars, la sécurisation d'une source fiable d'eau potable propre devient un défi primordial. Le besoin fondamental humain en eau, associé aux dures réalités de l'espace – ressources limitées et missions de réapprovisionnement prohibitivement coûteuses – nécessite le développement de systèmes robustes et autonomes. Au-delà de la simple survie, l'eau est indispensable pour produire de l'oxygène respirable, cultiver des plantes comestibles pour la nutrition et maintenir une hygiène de base, tous éléments critiques pour permettre une présence humaine de longue durée dans des environnements extraterrestres.

Une contribution significative dans ce domaine provient d'une étude récente publiée dans *Water Resources Research*, qui examine les efforts en cours et les exigences futures pour les systèmes d'eau spatiaux durables. Le système de contrôle environnemental et de support de vie (ECLSS) à bord de la Station Spatiale Internationale (ISS) témoigne des progrès réalisés. Actuellement, l'ECLSS démontre une capacité impressionnante à récupérer environ 93% de l'eau perdue par les astronautes via l'urine, la sueur et la respiration, réduisant ainsi considérablement la dépendance aux approvisionnements terrestres.

Cependant, les auteurs de l'étude, dirigés par David Bamidele Olawade, chercheur en santé publique affilié à l'Université de East London, soulignent que des obstacles considérables subsistent. Les futures itérations des systèmes d'eau spatiaux doivent être nettement plus économes en énergie, exceptionnellement durables et capables de fournir un approvisionnement constant en eau potable sur de longues périodes sans réapprovisionnement extérieur. Olawade a collaboré à cette revue complète avec James O. Ijiwade, chercheur en sciences environnementales et nanotechnologie de l'Université d'Ibadan, au Nigeria, et Ojima Zechariah Wada, chercheur postdoctoral spécialisé en gestion de l'eau et en biotechnologie environnementale à l'Université Hamad Bin Khalifa, au Qatar.

Bien que l'ECLSS de l'ISS offre un plan directeur pour la récupération d'eau en circuit fermé, ses limites apparaissent lorsqu'on considère les missions au-delà de l'orbite terrestre basse (LEO). L'ISS bénéficie de capacités de réapprovisionnement relativement rapides, mais pour les bases lunaires ou martiennes, les contraintes logistiques et économiques sont immenses. Les estimations officielles placent le coût de livraison d'un seul kilogramme d'eau en orbite à des dizaines de milliers de dollars, un chiffre qui augmente exponentiellement pour les missions dans l'espace lointain. De plus, la capacité de charge utile limitée des engins spatiaux restreint le volume des fournitures essentielles, y compris l'eau, qui peuvent être transportées.

Les systèmes actuels, y compris l'ECLSS avancé, sont souvent trop gourmands en énergie pour un fonctionnement durable au-delà de LEO et manquent de l'efficacité requise pour une autosuffisance indéfinie. De plus, l'acte même d'extraire des ressources dans des lieux hors du monde présente un ensemble unique de défis environnementaux : microgravité, vide spatial, fluctuations extrêmes de température, limitations de poids strictes pour l'équipement, et exigences complexes de communication et d'analyse de données. Dans les régions éloignées comme le pôle sud lunaire, caractérisées par de longues périodes d'obscurité, la dépendance à l'énergie solaire devient problématique, nécessitant le développement de solutions énergétiques alternatives.

La maintenance est une autre considération critique. Les systèmes conventionnels de recyclage de l'eau sont susceptibles à la corrosion et à l'usure mécanique au fil du temps. Lors de missions de longue durée, où la capacité d'effectuer des réparations de routine est sévèrement limitée, la durabilité intrinsèque et la fiabilité des systèmes deviennent primordiales. Pour surmonter ces obstacles, Olawade et ses collègues ont examiné les avancées de pointe dans les technologies de filtration, les méthodes de désinfection nouvelles et les systèmes autonomes sophistiqués. Ils ont conclu que si les systèmes existants fournissent un point de départ précieux, les futures conceptions doivent privilégier l'efficacité énergétique et une construction robuste pour résister aux rigueurs de l'espace et minimiser les besoins de maintenance.

Un thème central de la revue est l'importance cruciale de l'Utilisation des Ressources In-Situ (ISRU) – la pratique consistant à sourcer et utiliser les matériaux trouvés sur une destination. C'est une pierre angulaire du programme Artemis de la NASA, qui vise à établir une base lunaire dans le bassin Sud-Pôle-Aitken, riche en ressources. La Station Internationale de Recherche Lunaire (ILRS) de la Chine et la vision de l'Agence Spatiale Européenne d'un "Village Lunaire International" privilégient également l'ISRU. Le pôle sud lunaire est particulièrement attrayant en raison de la présence d'eau glacée abondante dans les régions de l'ombre permanente (PSRs), offrant une source d'eau locale potentielle.

Des considérations stratégiques similaires guident la planification de l'exploration martienne. Les missions robotiques ont longtemps identifié des réserves d'eau potentielles, notamment dans les latitudes moyennes. Cependant, l'extraction et la purification de cette eau extraterrestre posent des défis techniques et logistiques importants. Des équipements spécialisés seront nécessaires pour accéder et traiter la glace d'eau piégée dans le régolithe martien. De plus, la qualité de l'eau souterraine sur Mars est une préoccupation, avec des concentrations élevées de perchlorates et d'autres composés organiques potentiellement nocifs nécessitant des techniques de purification avancées pour la rendre sûre à la consommation humaine et aux systèmes de support de vie.

Le développement de systèmes d'extraction et de purification avancés est donc intrinsèquement lié au besoin de sources d'énergie tout aussi durables, robustes et adaptées à l'environnement. Essentiellement, des systèmes d'eau spatiaux efficaces doivent être en circuit fermé, hautement performants et exceptionnellement robustes, tout en minimisant la consommation d'énergie. Pour répondre aux demandes énergétiques substantielles de l'extraction et de la purification, les chercheurs ont exploré diverses applications d'énergie solaire et solaire-thermique. Celles-ci pourraient alimenter des processus essentiels comme le pompage de l'eau, le dessalement (utilisant des méthodes telles que l'osmose inverse ou l'électrodialyse) et les techniques de purification comme la photocatalyse et la filtration avancée. De tels systèmes décentralisés sont bien adaptés aux habitats extraterrestres où les centrales électriques à grande échelle sont peu pratiques.

Les systèmes photothermiques, qui convertissent le rayonnement solaire directement en chaleur, peuvent être utilisés pour des processus tels que la distillation solaire et le dessalement. Les solutions hybrides photovoltaïques-thermiques (PV-T) offrent une efficacité accrue en générant simultanément de l'électricité pour les pompes et les filtres tout en produisant de la chaleur pour le traitement de l'eau. Cependant, les limitations inhérentes à l'énergie solaire – cycles d'obscurité prolongés aux pôles lunaires et intensité solaire réduite sur Mars (environ 43% à 60% de celle de la Terre) – nécessitent des solutions énergétiques complémentaires. L'étude considère également le potentiel des petits réacteurs nucléaires modulaires, une technologie activement étudiée par le programme KRUSTY de la NASA pour les futures bases lunaires et martiennes.

De plus, les chercheurs reconnaissent les progrès récents dans les bioréacteurs, qui pourraient jouer un rôle dans le traitement des déchets et le recyclage de l'eau, contribuant ainsi davantage à un système véritablement en circuit fermé.

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