Nous vivons dans un monde où des décisions capitales sont prises par des personnes souvent sans prévoyance. Mais certaines choses sont prévisibles, notamment que si vous consommez continuellement une ressource finie sans recyclage, elle finira par s'épuiser.

Pourtant, alors que nous envisageons de retourner sur la lune, nous apporterons avec nous toutes nos mauvaises habitudes, y compris notre envie de consommation effrénée.

Depuis la découverte en 1994 de glace d'eau sur la Lune par la sonde Clementine, l'excitation règne à la perspective d'un retour sur la Lune. Cela faisait suite à deux décennies de marasme après la fin d'Apollo, un malaise symptomatique d'un manque sous-jacent d'incitation à revenir.

Cette eau a tout changé. Les dépôts de glace d'eau sont situés aux pôles de la lune cachés au fond de cratères à jamais dépourvus de lumière solaire.

Depuis lors, notamment grâce à la Station spatiale internationale, nous avons développé des techniques avancées qui nous permettent de recycler l'eau et l'oxygène avec une grande efficacité. Cela rend la valeur de l'approvisionnement local en eau pour la consommation humaine plus ténue, mais si la population humaine sur la Lune augmente, la demande en fera autant. Alors, que faire de l'eau sur la lune ?

Deux réponses sont couramment proposées :le stockage d'énergie par pile à combustible et le combustible et le comburant pour la propulsion. Le premier est facilement éliminable :les piles à combustible recyclent leur hydrogène et leur oxygène par électrolyse lorsqu'elles sont rechargées, avec très peu de fuites.

Énergie et carburant

La seconde - actuellement la principale raison d'être de l'extraction de l'eau sur la lune - est plus complexe mais pas plus convaincante. Il convient de noter que SpaceX utilise un mélange méthane/oxygène dans ses fusées, elles n'auraient donc pas besoin de propulseur à hydrogène.

Donc, ce qui est proposé, c'est d'exploiter une ressource précieuse et limitée et de la brûler, tout comme nous l'avons fait avec le pétrole et le gaz naturel sur Terre. La technologie d'extraction et d'utilisation des ressources dans l'espace porte un nom technique :l'utilisation des ressources in situ.

Et bien que l'oxygène ne soit pas rare sur la lune (environ 40 % des minéraux de la lune contiennent de l'oxygène), l'hydrogène l'est très certainement.

Extraire l'eau de la lune

L'hydrogène est très utile comme réducteur ainsi que comme carburant. La lune est un vaste réservoir d'oxygène dans ses minéraux, mais elle a besoin d'hydrogène ou d'un autre réducteur pour être libérée.

Par exemple, l'ilménite est un oxyde de fer et de titane et est un minéral commun sur la lune. Le chauffer à environ 1 000 °C avec de l'hydrogène le réduit en eau, en fer métallique (à partir duquel une technologie à base de fer peut être exploitée) et en oxyde de titane. L'eau peut être électrolysée en hydrogène - qui est recyclé - et en oxygène; ce dernier effectivement libéré de l'ilménite. En brûlant de l'hydrogène extrait de l'eau, nous compromettons les perspectives des générations futures :c'est le cœur de la durabilité.

Mais d'autres questions plus pragmatiques émergent. Comment accède-t-on à ces ressources de glace d'eau enfouies près de la surface lunaire ? Ils sont situés dans des terrains hostiles dans tous les sens du terme, dans de profonds cratères cachés de la lumière du soleil - aucune énergie solaire n'est disponible - à des températures d'environ 40 Kelvin, soit -233 C. À de telles températures cryogéniques, nous n'avons aucune expérience dans mener d'importantes opérations minières.

Les pics de lumière éternelle sont des sommets montagneux situés dans la région du pôle sud qui sont exposés à une lumière solaire quasi constante. Une proposition du Jet Propulsion Lab de la NASA envisage de faire rayonner la lumière du soleil à partir de réflecteurs géants situés au niveau de ces pics dans des cratères.

Ces miroirs géants doivent être transportés depuis la Terre, posés sur ces pics et installés et contrôlés à distance pour éclairer les cratères profonds. Ensuite, des véhicules miniers robotisés peuvent s'aventurer dans les cratères profonds maintenant illuminés pour récupérer la glace d'eau en utilisant l'énergie solaire réfléchie.

La glace d'eau peut être sublimée en vapeur pour être récupérée par chauffage thermique direct ou micro-ondes - en raison de sa capacité thermique élevée, cela consommera beaucoup d'énergie, qui doit être fournie par les miroirs. Alternativement, il peut être physiquement creusé et ensuite fondu à des températures à peine plus modestes.

Utiliser l'eau

Après récupération de l'eau, celle-ci doit être électrolysée en hydrogène et oxygène. Pour les stocker, ils doivent être liquéfiés pour un volume minimum de réservoir de stockage.

Bien que l'oxygène puisse être facilement liquéfié, l'hydrogène se liquéfie à 30 Kelvin (-243 C) à une pression minimale de 15 bars. Cela nécessite une énergie supplémentaire pour liquéfier l'hydrogène et le maintenir sous forme liquide sans ébullition. Cet hydrogène et cet oxygène refroidis cryogéniquement (LH2/LOX) doivent être transportés vers leur lieu d'utilisation tout en maintenant leur basse température.

Donc, maintenant nous avons nos stocks de propergol pour lancer des trucs depuis la lune.

Cela nécessitera une rampe de lancement, qui peut être située à l'équateur de la lune pour une flexibilité maximale de lancement dans n'importe quelle inclinaison orbitale, car un site de lancement polaire sera limité aux lancements polaires - à la passerelle lunaire prévue uniquement. Une rampe de lancement lunaire nécessitera un développement important de l'infrastructure.

En résumé, la facilité apparente d'extraire la glace d'eau des pôles lunaires dément une infrastructure complexe nécessaire pour y parvenir. Les coûts d'installation de l'infrastructure annuleront la justification des économies de coûts pour l'utilisation des ressources in situ.

Alternatives à l'extraction

Il existe des options plus préférables. La réduction à l'hydrogène de l'ilménite pour produire du fer métallique, du rutile et de l'oxygène offre la plupart des avantages de l'exploitation de l'eau. L'oxygène constitue la part du lion du mélange LH2/LOX. Elle n'implique pas de grandes infrastructures :l'énergie thermique peut être générée par des concentrateurs solaires de taille modeste intégrés aux unités de traitement. Chaque unité peut être déployée là où elle est nécessaire - il n'est pas nécessaire de faire de longues traversées entre les sites d'offre et de demande.

Par conséquent, nous pouvons réaliser presque la même fonction par une voie différente, plus facilement réalisable, vers une utilisation des ressources in situ qui est également durable en extrayant de l'ilménite abondante et d'autres minéraux lunaires.

Ne continuons pas à répéter les mêmes erreurs insoutenables que nous avons commises sur Terre - nous avons une chance de bien faire les choses alors que nous nous répandons dans le système solaire.