Les agences spatiales et les entreprises privées ont déjà des plans avancés pour envoyer des humains sur Mars au cours des prochaines années – pour finalement la coloniser. Et avec un nombre croissant de découvertes de planètes semblables à la Terre autour d'étoiles proches, les voyages spatiaux sur de longues distances n'ont jamais semblé plus excitants.

Cependant, il n'est pas facile pour les humains de survivre dans l'espace pendant des périodes prolongées. L'un des principaux défis des vols spatiaux longue distance est de transporter suffisamment d'oxygène pour que les astronautes puissent respirer et suffisamment de carburant pour alimenter des composants électroniques complexes. Malheureusement, il n'y a que peu d'oxygène disponible dans l'espace et les grandes distances rendent difficile les recharges rapides.

Mais maintenant une nouvelle étude, Publié dans Communication Nature , montre qu'il est possible de produire de l'hydrogène (pour le carburant) et de l'oxygène (pour la vie) à partir de l'eau seule en utilisant un matériau semi-conducteur et la lumière du soleil (ou la lumière des étoiles) en apesanteur, ce qui rend les voyages spatiaux soutenus une réelle possibilité.

Utiliser la ressource illimitée du soleil pour alimenter notre vie quotidienne est l'un des plus grands défis sur Terre. Alors que nous nous éloignons lentement du pétrole au profit des sources d'énergie renouvelables, les chercheurs s'intéressent à la possibilité d'utiliser l'hydrogène comme carburant. La meilleure façon de le faire serait de diviser l'eau (H 2 O) en ses constituants :hydrogène et oxygène. Ceci est possible en utilisant un procédé connu sous le nom d'électrolyse, qui consiste à faire passer un courant dans un échantillon d'eau contenant de l'électrolyte soluble. Cela décompose l'eau en oxygène et en hydrogène, qui sont libérés séparément au niveau des deux électrodes.

Bien que cette méthode soit techniquement possible, il n'est pas encore disponible sur Terre car nous avons besoin de plus d'infrastructures liées à l'hydrogène, comme les stations de recharge d'hydrogène, pour l'agrandir.

Puissance du soleil

L'hydrogène et l'oxygène ainsi produits à partir de l'eau pourraient également être utilisés comme carburant dans un engin spatial. Lancer une fusée avec de l'eau serait en fait beaucoup plus sûr que de la lancer avec du carburant et de l'oxygène supplémentaires à bord, qui peut être explosif. Une fois dans l'espace, une technologie spéciale pourrait diviser l'eau en hydrogène et oxygène qui à leur tour pourraient être utilisés pour maintenir la vie ou pour alimenter l'électronique via des piles à combustible.

Il y a deux options pour ce faire. L'une implique l'électrolyse comme nous le faisons sur Terre, utilisant des électrolytes et des cellules solaires pour capter la lumière du soleil et la convertir en courant.

L'alternative est d'utiliser des "photocatalyseurs", qui fonctionnent en absorbant des particules lumineuses - des photons - dans un matériau semi-conducteur inséré dans l'eau. L'énergie d'un photon est absorbée par un électron dans le matériau qui saute alors, laissant un trou. L'électron libre peut réagir avec les protons (qui composent le noyau atomique avec les neutrons) dans l'eau pour former de l'hydrogène. Pendant ce temps, le trou peut absorber les électrons de l'eau pour former des protons et de l'oxygène.

Le processus peut également être inversé. L'hydrogène et l'oxygène peuvent être réunis ou "recombinés" à l'aide d'une pile à combustible renvoyant l'énergie solaire captée par la "photocatalyse" - énergie qui peut être utilisée pour alimenter l'électronique. La recombinaison ne forme que de l'eau en tant que produit, ce qui signifie que l'eau peut également être recyclée. C'est la clé des voyages spatiaux sur de longues distances.

Le processus utilisant des photocatalyseurs est la meilleure option pour les voyages dans l'espace car l'équipement pèse beaucoup moins que celui nécessaire à l'électrolyse. En théorie, cela devrait fonctionner facilement. Cela s'explique en partie par le fait que l'intensité de la lumière solaire est bien plus élevée sans que l'atmosphère terrestre n'en absorbe de grandes quantités lors de son cheminement vers la surface.

Gestion des bulles

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont laissé tomber l'installation expérimentale complète pour la photocatalyse dans une tour de chute de 120 m, créant un environnement similaire à la microgravité. Alors que les objets accélèrent vers la Terre en chute libre, l'effet de la gravité diminue à mesure que les forces exercées par la gravité sont annulées par des forces égales et opposées dues à l'accélération. Ceci est à l'opposé des forces G subies par les astronautes et les pilotes de chasse lorsqu'ils accélèrent dans leur avion.

Les chercheurs ont réussi à montrer qu'il est effectivement possible de fractionner l'eau dans cet environnement. Cependant, comme l'eau est divisée pour créer du gaz, des bulles se forment. Il est important de se débarrasser des bulles du matériau catalytique une fois formé – les bulles entravent le processus de création de gaz. Sur Terre, la gravité fait flotter automatiquement les bulles à la surface (l'eau près de la surface est plus dense que les bulles, ce qui les rend buyonants) - libérant de l'espace sur le catalyseur pour la prochaine bulle à produire.

En apesanteur, ce n'est pas possible et la bulle restera sur ou près du catalyseur. Cependant, les scientifiques ont ajusté la forme des caractéristiques nanométriques du catalyseur en créant des zones en forme de pyramide où la bulle pourrait facilement se désengager de la pointe et flotter dans le milieu.

Mais un problème demeure. En l'absence de gravité, les bulles resteront dans le liquide, même si elles ont été expulsées du catalyseur lui-même. La gravité permet aux gaz de s'échapper facilement du liquide, ce qui est critique pour l'utilisation de l'hydrogène et de l'oxygène purs. Sans la présence de gravité, aucune bulle de gaz ne flotte à la surface et ne se sépare du mélange - à la place, tout le gaz reste pour créer une mousse.

Cela réduit considérablement l'efficacité du processus en bloquant les catalyseurs ou les électrodes. Des solutions d'ingénierie autour de ce problème seront essentielles pour réussir la mise en œuvre de la technologie dans l'espace - une possibilité étant d'utiliser les forces centrifuges de la rotation d'un vaisseau spatial pour séparer les gaz de la solution.

Néanmoins, grâce à cette nouvelle étude, nous nous rapprochons un peu plus des vols spatiaux habités de longue durée.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.