Conseils techniques : production d’oxygène · 16 mai 2024

Production d’oxygène : MOXIE

Comment MOXIE a fabriqué de l’oxygène à partir de l’air martien, l’énergie qu’il consomme et ce que cela signifie pour les futures missions.

L’expérience MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) est une technologie clé développée par des humains pour soutenir l’exploration humaine de Mars. Son objectif principal est de produire de l’oxygène à partir de l’atmosphère martienne, composée en grande partie de dioxyde de carbone (CO2). Voici un examen détaillé du fonctionnement de MOXIE, de son importance et de son impact possible sur les futures missions vers Mars :

Comment fonctionne MOXIE

Admission de l’atmosphère : MOXIE aspire l’air martien, qui contient environ 96 % de dioxyde de carbone (CO2). Électrolyse du CO2 : Le procédé central est l’électrolyse à oxyde solide. MOXIE chauffe le CO2 à environ 800 degrés Celsius (environ 1 472 degrés Fahrenheit), puis utilise un matériau céramique dans son unité d’électrolyse pour scinder les molécules de CO2 en oxygène (O2) et en monoxyde de carbone (CO). Production d’oxygène : Les ions oxygène obtenus sont ensuite isolés et recombinés pour former de l’O2, l’oxygène respirable dont nous avons besoin. Évacuation : Le sous-produit, le monoxyde de carbone (CO), est rejeté dans l’atmosphère martienne.

Composants clés

Électrolyseur à oxyde solide (SOE) : Le cœur de MOXIE, chargé de l’électrolyse du CO2. Chauffage : Porte la température au niveau nécessaire pour une électrolyse efficace. Compresseur : Aspire et comprime la mince atmosphère martienne à la pression requise pour le traitement.

L’importance de MOXIE

Maintien de la vie : Produire de l’oxygène sur Mars est essentiel pour soutenir la vie humaine. Chaque astronaute aurait besoin d’environ 1 kilogramme (2,2 livres) d’oxygène par jour pour respirer. Carburant de fusée : L’oxygène est aussi un composant essentiel des ergols de fusée. Pour un véhicule de remontée depuis Mars, produire l’oxygène sur place pourrait réduire fortement la nécessité d’en transporter de grandes quantités depuis la Terre, ce qui rendrait les missions plus réalisables et moins coûteuses. Preuve de concept : MOXIE démontre les technologies d’utilisation des ressources in situ (ISRU), indispensables à une présence humaine durable à long terme sur Mars.

Réalisations et perspectives

Premier succès : MOXIE a produit de l’oxygène sur Mars pour la première fois en avril 2021, à bord du rover Perseverance de la NASA. Ce fut une étape historique qui a prouvé qu’on peut produire de l’oxygène à partir de ressources martiennes. Passage à l’échelle : Les futures versions de MOXIE devront être beaucoup plus grandes pour répondre aux besoins des missions habitées. L’unité actuelle est conçue pour produire environ 10 grammes d’oxygène par heure, mais les systèmes futurs devraient en produire des quantités bien plus importantes. Intégration aux missions vers Mars : Des systèmes MOXIE à grande échelle pourraient être intégrés aux futurs habitats martiens ou placés en des points stratégiques de la surface pour produire de l’oxygène en continu, à la fois pour le maintien de la vie et pour la production de carburant.

Défis et considérations

Besoins en énergie : Le chauffage et l’électrolyse demandent beaucoup d’énergie. Des sources d’énergie efficaces et fiables, comme des réacteurs nucléaires ou de grands champs solaires, seront essentielles. Durabilité et fiabilité : L’environnement martien hostile met à l’épreuve la longévité des équipements. La poussière, les écarts de température et les radiations doivent être pris en compte dans la conception et le fonctionnement des futures unités MOXIE. Gestion du sous-produit : Il faudra gérer le monoxyde de carbone de façon sûre et efficace pour qu’il ne représente pas un danger pour l’habitat ni pour les astronautes.

Consommation d’énergie de MOXIE

Puissance nécessaire au fonctionnement : MOXIE a besoin d’environ 300 watts pour fonctionner. Cette puissance sert surtout à chauffer le CO2 à haute température (environ 800 degrés Celsius) et à entraîner le processus d’électrolyse à oxyde solide. Source d’énergie : Le rover Perseverance, qui transporte MOXIE, est alimenté par un générateur thermoélectrique à radioisotope multi-missions (MMRTG). Le MMRTG convertit en électricité la chaleur issue de la désintégration radioactive naturelle du plutonium 238 et fournit une source d’énergie fiable au rover et à ses instruments. Efficacité et taux de production :

MOXIE est conçu pour produire environ 10 grammes d’oxygène par heure. Cela représente environ 12 grammes d’O2 par kilowattheure (kWh) d’énergie consommée.

Répartition de l’énergie

Chauffage : Une part importante de l’énergie sert à chauffer le CO2 à la température nécessaire à l’électrolyse. Électrolyse : Le processus d’électrolyse à oxyde solide lui-même demande aussi une alimentation électrique constante pour scinder les molécules de CO2 en oxygène et en monoxyde de carbone.

Perspectives

Pour les versions futures de MOXIE à plus grande échelle, les besoins en énergie augmenteront proportionnellement à la quantité d’oxygène requise. Garantir une alimentation électrique suffisante et fiable sera essentiel pour une production d’oxygène durable. Parmi les sources d’énergie possibles pour les futures missions martiennes :

Énergie nucléaire : De petits réacteurs nucléaires compacts pourraient fournir une énergie constante et robuste. Le projet Kilopower de la NASA, par exemple, vise à développer de petits réacteurs nucléaires portables pour les missions spatiales. Énergie solaire : On pourrait utiliser des panneaux solaires, mais ils devraient être assez grands pour produire l’énergie nécessaire et rester exempts de poussière martienne pour garder leur efficacité. Stockage de l’énergie : Des solutions de stockage efficaces, comme des batteries avancées ou des supercondensateurs, seraient nécessaires pour conserver l’énergie quand le solaire n’est pas disponible, par exemple pendant les tempêtes de poussière ou la nuit.

Conclusion

MOXIE représente une étape décisive dans le développement des technologies nécessaires à l’exploration et à la colonisation humaines de Mars. En produisant de l’oxygène à partir de l’atmosphère martienne, MOXIE offre une solution possible pour le maintien de la vie et améliore nettement la faisabilité de missions durables à long terme. Le développement et le passage à l’échelle de la technologie MOXIE seront déterminants pour faire de la vision d’humains vivant et travaillant sur Mars une réalité.