Juste comme ça, nous fabriquons de l'oxygène sur Mars

Une petite expérience sur un rover de la NASA bricole avec l'atmosphère extraterrestre.

À des millions de kilomètres sur Mars, dans un cratère aride juste au nord de l'équateur, un rover erre, transportant un gadget doré de la taille d'un grille-pain. La machine inhale l'air martien et élimine les contaminants. Il divise le gaz atmosphérique en éléments constitutifs, prend ce dont il a besoin, puis réassemble ce mélange pour créer quelque chose qui est très rare sur Mars : l'oxygène. Du véritable oxygène respirable, celui que vous avez absorbé en lisant ces phrases.

Après un peu d'analyse, la machine souffle l'oxygène, libérant sans danger les molécules dans l'environnement martien. L'acte fait de ce grille-pain très sophistiqué, situé dans le ventre du rover Persévérance de la NASA, la chose la plus proche d'un petit arbre sur Mars.

Et selon les chercheurs derrière la petite machine, c'est un très bon arbre. Chaque fois qu'ils l'ont exécuté, l'expérience d'utilisation des ressources in situ en oxygène de Mars - MOXIE, en abrégé - a réussi à convertir l'air martien, qui est presque entièrement composé de dioxyde de carbone, en oxygène gazeux. "Nous ne sommes pas loin d'être en mesure de produire de l'oxygène au rythme qui permettrait à un être humain de vivre", m'a dit Michael Hecht, scientifique planétaire à l'observatoire Haystack du MIT qui dirige le projet. "Un petit chien irait très bien au rythme que nous produisons."

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MOXIE est une expérience chimique intelligente. C'est aussi un événement remarquable dans l'histoire de l'exploration spatiale. Si les êtres humains veulent construire une maison à long terme sur Mars, ils devront utiliser les ressources naturelles de la planète au lieu de trimballer tout ce dont ils ont besoin depuis la Terre. "Nous devons pouvoir vivre de la terre", m'a dit Jennifer Heldmann, une scientifique de la NASA qui travaille dans ce domaine futuriste, connu sous le nom d'utilisation des ressources in situ. "C'est la première fois que nous avons pu tester et démontrer la technologie pour le faire."

Et l'oxygène est merveilleusement polyvalent. Non seulement il soutiendrait les humains sur une planète pour laquelle leurs poumons n'ont pas été conçus, mais il pourrait également être combiné avec d'autres composés pour produire du carburant de fusée afin qu'ils puissent retourner sur Terre. Sur Mars, nous sommes les extraterrestres. Nous aurions besoin d'inventer toutes sortes de choses pour donner aux futurs astronautes une chance d'y survivre, et encore moins de vivre confortablement. C'est presque de la science-fiction à y penser, mais en bricolant avec l'atmosphère de Mars, nous - comme l'humanité - avons réussi à comprendre au moins un élément de cette entreprise.

L'expérience MOXIE est entrée en action en février de l'année dernière, après que Persévérance ait atterri et commencé à travailler vers sa mission principale : collecter des échantillons rocheux qui pourraient contenir les minuscules empreintes de la vie martienne morte depuis longtemps. MOXIE avait du pain sur la planche. L'atmosphère martienne est si mince que, comparée à la nôtre, c'est presque du vide. "J'aime dire que nous fabriquons de l'oxygène à partir de rien", a déclaré Hecht. "Si vous étiez un Martien, vous penseriez que nous sur Terre sommes des poissons nageant dans une épaisse soupe d'atmosphère."

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Mars connaît également des changements beaucoup plus dramatiques dans ses conditions atmosphériques. Les températures diurnes et nocturnes peuvent varier d'environ 212 degrés Fahrenheit (100 degrés Celsius). L'air se déplace également, s'éclaircissant pendant les journées chaudes et devenant plus dense pendant les nuits froides. Les fluctuations de la pression atmosphérique se produisent également de façon saisonnière. Pendant les hivers martiens, une partie de l'atmosphère se condense en givre et se dépose sur les pôles, réduisant la pression atmosphérique sur le reste de la planète. Pendant les étés martiens, la pression atmosphérique augmente. Tous ces facteurs influencent la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, la principale collation de MOXIE.

Pour voir comment MOXIE se comporterait, les ingénieurs ont mis l'instrument sous tension à différents moments de la journée et à différentes saisons. Ils ont découvert que "le moment le plus difficile pour collecter le dioxyde de carbone est au milieu de la journée, au milieu de l'hiver, quand il fait à la fois chaud et que la pression est basse", a déclaré Hecht. "Et le moment le plus facile est le milieu de la nuit au milieu de l'été, quand la pression est élevée et la température est basse." Mais à chaque course, la machine fonctionnait, passant une heure à produire de l'oxygène.

L'équipe n'a pas encore déployé MOXIE à l'aube ou au crépuscule, lorsque "la densité de l'air change et que la température change rapidement", a déclaré Hecht. Les ingénieurs craignent que le changement soudain de la présence de dioxyde de carbone n'endommage l'instrument lorsqu'il aspire le gaz. Hecht dit qu'ils feront d'abord des tests avec une version de laboratoire de MOXIE sur Terre, mais ils sont convaincus qu'ils peuvent faire fonctionner leur petite boîte à lunch dans ces conditions aussi.

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D'autres groupes de scientifiques réfléchissent à la manière de fabriquer des usines à oxygène pour les futures missions sur Mars ; une équipe a récemment mis au point une méthode pour générer de l'oxygène à partir de dioxyde de carbone à l'aide de plasma. Et d'autres chercheurs réfléchissent profondément à la manière d'utiliser des ressources supplémentaires sur Mars, telles que les dépôts de glace juste sous la surface de la planète. Les futurs astronautes pourraient extraire l'eau gelée et la purifier pour un usage quotidien. Ils pourraient également voler les molécules d'hydrogène de l'eau et les utiliser pour rentrer chez eux. "Vous pouvez fabriquer du méthane, qui est un propulseur de fusée", m'a dit Julie Kleinhenz, une ingénieure de recherche de la NASA qui étudie l'utilisation des ressources in situ et n'est pas impliquée dans le projet MOXIE. "Vous pourriez ravitailler complètement un véhicule d'ascension avec du méthane et de l'oxygène simplement en utilisant des ressources sur Mars, grâce à des processus qui sont assez bien compris." Certains articles de base, tels que les combinaisons spatiales et les toilettes, devront venir d'ici. Mais si vous pouvez faire quelque chose sur Mars, vous pouvez réduire les bagages lourds qui rendent plus difficile le décollage de la Terre.

L'équipe derrière MOXIE imagine un avenir dans lequel une version à grande échelle, capable de faire le travail de centaines d'arbres, bourdonne à la surface de Mars, travaillant 24 heures sur 24. L'usine serait lancée avant une mission humaine, de sorte qu'il y aurait beaucoup de réserves d'oxygène au moment où les astronautes arriveraient. Cet avenir est encore dans de nombreuses années; La NASA dit que le plus tôt qu'elle pourrait faire atterrir des astronautes sur la planète rouge est au début des années 2040. Elon Musk veut aller bien plus tôt que cela avec SpaceX, mais même le milliardaire de l'espace sera confronté aux mêmes contraintes qui rendraient un voyage sur Mars difficile (financement, physique, rayonnement cosmique entre ici et là-bas). Un MOXIE de grande taille ne serait qu'un élément sur une très longue liste de colisage. Mais MOXIE a un certain caractère concret qui est passionnant même maintenant. C'est le genre de détail qui rend une base humaine sur Mars un peu plus réaliste. Imaginez, dans des décennies, un ingénieur assis devant une console, inhalant de l'air dérivé d'une atmosphère extraterrestre, et disant à l'un de ses collaborateurs : "Hé, Steve, nous obtenons des lectures étranges de MOXIE, pouvez-vous aller vérifier ?"