Les chercheurs examinent comment réaliser des systèmes d'eau durables pour l'espace

Royaume-Uni - Agence de presse Ekhbary

Les chercheurs examinent comment réaliser des systèmes d'eau durables pour l'espace

Alors que les ambitions de l'humanité s'étendent vers l'établissement d'une présence permanente dans l'espace, la fourniture d'eau potable propre et fiable apparaît comme une condition préalable fondamentale. Que ce soit pour les habitats sur la Lune, les bases sur Mars ou les stations spatiales lointaines, l'eau n'est pas seulement un confort, mais l'essence même de la survie. Cette nécessité est aggravée par les dures réalités de l'exploration spatiale, où les ressources sont rares et les missions de réapprovisionnement sont prohibitivement coûteuses, chronophages ou les deux. La dépendance vis-à-vis de la Terre pour un approvisionnement continu en eau est un modèle non durable pour les entreprises extraterrestres de longue durée.

La dépendance absolue du corps humain à l'eau, la survie étant limitée à trois jours sans elle, souligne son rôle essentiel. Au-delà de l'hydratation personnelle, l'eau est indispensable pour produire de l'oxygène respirable par électrolyse, cultiver des plantes comestibles dans des environnements contrôlés et maintenir des normes d'hygiène essentielles dans des habitats clos. Pour répondre à ces demandes multiformes, le développement de systèmes sophistiqués en boucle fermée est primordial – des systèmes capables de fournir de l'eau potable de manière constante pendant des mois, voire des années, sans réapprovisionnement extérieur.

Une contribution significative dans ce domaine provient d'une étude récente publiée dans *Water Resources Research*. L'article examine les progrès réalisés, citant le système de contrôle environnemental et de support de vie (ECLSS) à bord de la Station Spatiale Internationale (ISS) comme un exemple primordial. L'ECLSS a démontré une efficacité remarquable, récupérant environ 93% de l'eau perdue par les astronautes via l'urine, la sueur et la respiration. Cependant, les auteurs de l'étude soulignent que malgré cette réalisation, des défis substantiels persistent. Ils préconisent l'exploration de multiples approches innovantes pour réaliser des systèmes d'eau véritablement durables (SWS) qui soient non seulement très économes en énergie et durables, mais aussi capables de fournir un approvisionnement constant et fiable en eau potable dans des environnements extraterrestres.

La revue complète a été dirigée par David Bamidele Olawade, un chercheur en santé publique affilié à l'Université de East London, au Medway NHS Foundation Trust et à la York St John University. Il a collaboré avec James O. Ijiwade, chercheur en sciences de l'environnement et nanotechnologie de l'Université d'Ibadan, au Nigeria, et Ojima Zechariah Wada, chercheur postdoctoral spécialisé dans la gestion de l'eau et la biotechnologie environnementale à l'Université Hamad Bin Khalifa, au Qatar. Leur expertise collective offre une perspective multidisciplinaire sur les complexités de la durabilité de l'eau dans l'espace.

Alors que l'ECLSS de l'ISS sert de plan directeur précieux pour la récupération d'eau en boucle fermée, ses limites pour les futures missions dans l'espace lointain sont évidentes. L'ISS bénéficie de capacités de réapprovisionnement relativement rapides depuis la Terre, mais les fardeaux logistiques et financiers sont immenses. Les estimations officielles suggèrent que le transport d'un seul kilogramme d'eau peut coûter des dizaines de milliers de dollars, les coûts augmentant de manière exponentielle pour les missions vers des corps célestes plus éloignés. Cette barrière financière, associée à la capacité de charge utile limitée des engins spatiaux, restreint sévèrement la quantité de fret, y compris l'eau, qui peut être transportée.

De plus, les systèmes actuels comme l'ECLSS consomment beaucoup d'énergie, ce qui les rend peu pratiques pour une utilisation au-delà de l'orbite terrestre basse (LEO). Leurs niveaux d'efficacité sont également insuffisants pour une durabilité indéfinie. L'extraction de ressources dans des lieux hors du monde présente un ensemble unique d'obstacles, notamment la microgravité, les conditions de vide, les fluctuations extrêmes de température, les contraintes de poids et les difficultés d'analyse et de communication. Dans les environnements reculés, tels que les pôles lunaires ou l'espace lointain, où la disponibilité de l'énergie solaire est intermittente en raison de longues périodes d'obscurité, le développement de sources d'énergie alternatives et fiables est crucial.

La maintenance est une autre considération essentielle. Les systèmes conventionnels de recyclage de l'eau sont susceptibles de corrosion et d'usure avec le temps. Pour les missions de longue durée, la capacité d'effectuer une maintenance régulière est sévèrement limitée, ce qui rend la durabilité et la longévité du système primordiales. Pour surmonter ces obstacles, Olawade et ses collègues ont étudié les progrès récents dans les technologies de filtration, les méthodes de désinfection novatrices et la gestion autonome des systèmes. L'ECLSS de l'ISS fournit une base, mais les futurs systèmes doivent être conçus pour une plus grande efficacité énergétique et une résistance accrue à la dégradation dans les environnements spatiaux hostiles.

Les chercheurs soulignent fortement l'importance de l'utilisation des ressources in situ (ISRU) – la pratique consistant à sourcer et utiliser les matériaux trouvés sur place. L'ISRU est une pierre angulaire des plans d'exploration lunaire et martienne future. Le programme Artemis de la NASA, par exemple, vise à établir une base lunaire dans le bassin du pôle Sud-Aitken, riche en ressources, une région caractérisée par de nombreux cratères. La station internationale de recherche lunaire (ILRS) de la Chine et la vision de l'Agence Spatiale Européenne d'un Village Lunaire International ciblent également cette région, principalement en raison de la présence confirmée de glace d'eau abondante dans les régions de l'ombre permanente (PSRs).

Des considérations stratégiques similaires guident la planification des missions martiennes. Les explorateurs robotiques ont passé des années à identifier des sources d'eau potentielles à la surface martienne, en particulier dans les régions de latitude moyenne. Cependant, l'extraction et la purification de l'eau extraterrestre présentent d'importants défis techniques et logistiques. Cela comprend le développement d'équipements spécialisés capables d'accéder et de traiter les réserves d'eau potentiellement enfouies sous le régolithe martien. De plus, la qualité de l'eau souterraine sur Mars est une préoccupation, avec des concentrations élevées de perchlorates et d'autres composés organiques potentiellement nocifs nécessitant des techniques de purification avancées pour la rendre potable et utilisable pour le support de vie.

Par conséquent, des systèmes avancés d'extraction et de purification sont essentiels, ainsi que des systèmes d'alimentation qui soient également durables, robustes et adaptés aux conditions extraterrestres extrêmes. En essence, les systèmes d'eau spatiaux doivent être en boucle fermée, très efficaces, robustes et nécessiter un minimum d'énergie. Pour répondre aux demandes énergétiques substantielles de l'extraction et de la purification, l'étude examine diverses applications d'énergie solaire et solaire-thermique. Celles-ci pourraient alimenter des processus critiques tels que le pompage de l'eau, la désalinisation (à l'aide de méthodes comme l'osmose inverse ou l'électrodialyse) et la purification (via la photocatalyse ou la filtration avancée). De tels systèmes décentralisés sont idéaux pour les habitats extraterrestres où les centrales électriques à grande échelle sont irréalisables.

Les systèmes photothermiques, qui convertissent le rayonnement solaire en chaleur, offrent des applications polyvalentes, de la distillation solaire à la désalinisation. Les solutions hybrides photovoltaïques-thermiques (PV-T) peuvent améliorer encore l'efficacité en générant simultanément de l'électricité pour les pompes et les filtres tout en produisant de la chaleur pour le traitement de l'eau. Néanmoins, la dépendance à l'énergie solaire se heurte à des limites, en particulier dans les régions polaires lunaires avec une obscurité prolongée et sur Mars, qui reçoit beaucoup moins de rayonnement solaire que la Terre (environ 43% à 60%). Pour atténuer ces défis énergétiques, les chercheurs explorent également le potentiel des petits réacteurs nucléaires modulaires. Ceux-ci sont actuellement à l'étude pour les futures bases lunaires et martiennes, comme en témoigne le programme KRUSTY de la NASA.

L'étude examine en outre les progrès récents dans les bioréacteurs et l'ingénierie génétique, qui pourraient offrir des solutions novatrices pour le traitement de l'eau et la gestion des déchets dans l'espace. Les progrès dans ces domaines interconnectés sont cruciaux pour permettre une habitation humaine durable au-delà de la Terre et assurer le bien-être des futurs explorateurs spatiaux.

Agence de presse Ekhbary