Oxygène et métal du régolithe lunaire. Crédit :Beth Lomax - Université de Glasgow
Le cœur technique de l'ESA a commencé à produire de l'oxygène à partir de poussière de lune simulée.
Un prototype d'usine d'oxygène a été mis en place dans le Laboratoire des matériaux et composants électriques du Centre européen de recherche et de technologie spatiales, ESTEC, basé à Noordwijk aux Pays-Bas.
"Le fait d'avoir notre propre installation nous permet de nous concentrer sur la production d'oxygène, la mesurer avec un spectromètre de masse au fur et à mesure qu'elle est extraite du simulant de régolithe, " commente Beth Lomax de l'Université de Glasgow, dont le doctorat le travail est soutenu par l'Initiative de réseautage et de partenariat de l'ESA, exploiter la recherche universitaire de pointe pour les applications spatiales.
"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 dans la production locale de carburant pour fusée."
Alexandre Meurisse, chercheur à l'ESA, ajoute :« Et maintenant que nous avons l'installation en service, nous pouvons envisager de la peaufiner, par exemple en réduisant la température de fonctionnement, finalement concevoir une version de ce système qui pourrait un jour voler vers la Lune pour y être exploitée. »
Les échantillons renvoyés de la surface lunaire confirment que le régolithe lunaire est composé de 40 à 45 % d'oxygène en poids, son élément le plus abondant. Mais cet oxygène est lié chimiquement sous forme d'oxydes sous forme de minéraux ou de verre, n'est donc pas disponible pour une utilisation immédiate.
Crédit :Agence spatiale européenne
L'extraction d'oxygène d'ESTEC s'effectue à l'aide d'une méthode appelée électrolyse aux sels fondus, consistant à placer du régolithe dans un panier métallique avec du sel de chlorure de calcium fondu pour servir d'électrolyte, chauffé à 950°C. A cette température, le régolithe reste solide.
Mais en y faisant passer un courant, l'oxygène est extrait du régolithe et migre à travers le sel pour être collecté au niveau d'une anode. En prime, ce processus convertit également le régolithe en alliages métalliques utilisables.
En fait, cette méthode d'électrolyse au sel fondu a été développée par la société britannique Metalysis pour la production commerciale de métaux et d'alliages. Le doctorat de Beth a impliqué de travailler dans l'entreprise pour étudier le procédé avant de le recréer à l'ESTEC.
« À la métalyse, l'oxygène produit par le processus est un sous-produit indésirable et est plutôt libéré sous forme de dioxyde de carbone et de monoxyde de carbone, ce qui signifie que les réacteurs ne sont pas conçus pour résister à l'oxygène gazeux lui-même, " explique Beth. " Nous avons donc dû repenser la version ESTEC pour pouvoir disposer de l'oxygène sur mesure. L'équipe du laboratoire a été très utile pour l'installer et le faire fonctionner en toute sécurité."
Vue au microscope électronique à balayage de particules de simulation lunaire avant le processus d'extraction d'oxygène. Crédit :Beth Lomax / Université de Glasgow
L'usine d'oxygène fonctionne en silence, avec l'oxygène produit dans le processus est évacué dans un tuyau d'échappement pour le moment, mais sera stocké après de futures mises à niveau du système.
"Le processus de production laisse derrière lui un enchevêtrement de différents métaux, " ajoute Alexandre, " et c'est une autre ligne de recherche utile, pour voir quels sont les alliages les plus utiles qui pourraient être produits à partir d'eux, et à quel type d'applications pourraient-ils être soumis.
"Pourraient-ils être imprimés en 3D directement, par exemple, ou auraient-ils besoin d'être affinés ? La combinaison précise des métaux dépendra de l'endroit sur la Lune d'où le régolithe est acquis - il y aurait des différences régionales significatives."
L'objectif ultime serait de concevoir une « usine pilote » qui pourrait fonctionner durablement sur la Lune, avec la première démonstration technologique prévue pour le milieu des années 2020.
Simulateur de poussière de lune en cours d'extraction d'oxygène. Crédit :Beth Lomax / Université de Glasgow
"L'ESA et la NASA retournent sur la Lune avec des missions en équipage, cette fois en vue de rester, " dit Tommaso Ghidini, Responsable des Structures de l'ESA, Division Mécanismes et Matériaux.
"En conséquence, nous réorientons notre approche d'ingénierie vers une utilisation systématique des ressources lunaires in-situ. Nous travaillons avec nos collègues de la Direction de l'exploration humaine et robotique, L'industrie et le milieu universitaire européens pour fournir des approches scientifiques de premier ordre et des technologies clés comme celle-ci, vers une présence humaine soutenue sur la Lune et peut-être un jour sur Mars."
