De nombreuses personnes dans le monde regarderont avec impatience ce samedi le lancement par la NASA d'Artemis I, la première mission d'exploration lunaire de l'agence depuis les années 1970.

Le spectacle implique la fusée la plus puissante du monde :le Space Launch System (SLS). D'une hauteur de près de 100 mètres et pesant plus de 2 600 tonnes, le SLS produit une poussée massive de 8,8 millions de livres (plus de 31 fois la poussée d'un Boeing 747).

Mais ce n'est pas seulement l'incroyable ingénierie qui se cache derrière la science des fusées et l'exploration spatiale. Caché à l'intérieur, il y a une chimie intelligente qui alimente ces exploits fantastiques et soutient notre vie fragile dans l'espace.

Le carburant et l'étincelle

Pour lancer une fusée dans l'espace, nous avons besoin d'une réaction chimique appelée combustion. C'est là que les carburants sont combinés avec l'oxygène, produisant ainsi de l'énergie. À son tour, cette énergie fournit la poussée (ou la poussée) nécessaire pour propulser des machines gigantesques comme le SLS dans la haute atmosphère terrestre et au-delà.

Tout comme les voitures sur la route et les jets dans le ciel, les fusées ont des moteurs où la combustion a lieu. SLS dispose de deux systèmes de moteurs :quatre moteurs RS-25 à étage central (moteurs de navette spatiale améliorés) et deux propulseurs à fusée solide. Et la chimie est ce qui fournit un mélange de carburant unique pour chaque moteur.

Les moteurs de l'étage central utilisent un mélange d'oxygène liquide et d'hydrogène liquide, tandis que les propulseurs à fusée solide, comme leur nom l'indique, contiennent un propulseur solide, un matériau dur semblable à du caoutchouc appelé polybutadiène acrylonitrile. En plus d'être un carburant lui-même, ce matériau contient de fines particules d'aluminium métallique comme carburant, avec du perchlorate d'ammonium comme source d'oxygène.

Alors que le carburant pour les propulseurs à fusée solide est facilement stocké à température ambiante, les carburants du moteur de l'étage central doivent être stockés à -253℃ pour l'hydrogène liquide et à -183℃ pour l'oxygène liquide. C'est pourquoi vous voyez des plaques de glace cisailler les fusées au décollage :les réservoirs de carburant sont si froids qu'ils gèlent l'humidité de l'air ambiant.

Mais il y a une autre chimie intéressante qui se produit lorsque nous devons allumer le combustible. Selon la source de carburant, les fusées peuvent être allumées électriquement grâce à une bougie d'allumage glorifiée… ou chimiquement.

Si vous avez déjà regardé un lancement spatial et entendu parler de "l'allumage TEA-TEB", cela fait référence au triéthylaluminium et au triéthylborane. Ces deux produits chimiques sont pyrophoriques, ce qui signifie qu'ils peuvent s'enflammer spontanément lorsqu'ils sont exposés à l'air.

Maintenir la vie parmi les étoiles

Il n'y a pas que les fusées qui sont alimentées par la chimie. Les systèmes de survie dans l'espace reposent sur des processus chimiques qui permettent à nos astronautes de vivre et de respirer, ce que nous tenons souvent pour acquis sur Terre.

Nous connaissons tous l'importance de l'oxygène, mais nous exhalons également du dioxyde de carbone en tant que déchet toxique lorsque nous respirons. Alors, qu'advient-il du dioxyde de carbone dans l'environnement scellé d'une capsule spatiale comme celles des missions Apollo Moon ou de la Station spatiale internationale (ISS) ?

Vous souvenez-vous de Tom Hanks essayant d'insérer une cheville carrée dans un trou rond dans le film Apollo 13 ? C'étaient des épurateurs de dioxyde de carbone que la NASA utilisait pour éliminer ce gaz toxique de l'intérieur des capsules spatiales.

Ces épurateurs sont des filtres jetables remplis d'hydroxyde de lithium (semblable à un produit chimique que l'on peut trouver dans le liquide de nettoyage des drains) qui capturent le dioxyde de carbone grâce à une simple chimie acide-base. Bien que ces épurateurs soient très efficaces pour éliminer le dioxyde de carbone et permettre aux astronautes de respirer facilement, les filtres ont une capacité limitée. Une fois saturés, ils ne sont plus efficaces.

Ainsi, pour les missions spatiales prolongées, l'utilisation de filtres à hydroxyde de lithium n'est pas envisageable. Les scientifiques ont ensuite développé un système qui utilise un épurateur de dioxyde de carbone réutilisable fabriqué avec des minéraux appelés zéolithes. Avec la zéolite, le dioxyde de carbone capturé peut être libéré dans l'espace, et les filtres sont alors libres de capturer plus de gaz.

Mais en 2010, les scientifiques ont trouvé une façon encore meilleure de gérer le dioxyde de carbone, en transformant ce déchet en un autre élément essentiel à la vie :l'eau.

Du déchet à la ressource

Le système de contrôle environnemental et de survie de l'ISS remplace les épurateurs de dioxyde de carbone par le système de réduction du dioxyde de carbone, également connu sous le nom de système Sabatier. Il porte le nom de la réaction chimique essentielle à sa fonction, qui porte à son tour le nom de son découvreur, Paul Sabatier, lauréat du prix Nobel de chimie en 1912.

Ce système combine le dioxyde de carbone avec de l'hydrogène gazeux pour former de l'eau et du méthane. Le gaz méthane est évacué dans l'espace et, grâce à un processus appelé hydrolyse, l'eau est divisée en oxygène respirable et en hydrogène gazeux. Ce dernier est ensuite recyclé pour transformer davantage de dioxyde de carbone en eau.

Ce processus n'est pas seulement utile pour l'exploration spatiale. Plus près de chez nous, des chimistes étudient des systèmes similaires pour potentiellement lutter contre les émissions de gaz à effet de serre. Bien que ce ne soit pas la panacée, la réaction de Sabatier pourrait nous aider à recycler une partie du dioxyde de carbone ici sur Terre.

Pendant ce temps, la mission Artemis Moon de la NASA vise à faire atterrir la première femme et personne de couleur sur la Lune et à établir une présence humaine à long terme dans une base lunaire. La réaction de Sabatier et d'autres processus chimiques peu célèbres seront la clé des efforts spatiaux continus de l'humanité. + Explorer plus loin

Fabriquer du méthane sur Mars

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article d'origine.