La couche supérieure de la surface lunaire contient une quantité surprenante d’oxygène.
Parallèlement aux progrès de l’exploration spatiale, nous avons récemment vu beaucoup de temps et d’argent investis dans des technologies qui pourraient permettre une utilisation efficace des ressources spatiales. Et à l’avant-garde de ces efforts, il y a eu une concentration au laser sur la recherche du meilleur moyen de produire de l’oxygène sur la Lune.
En octobre, l’Agence spatiale australienne et la NASA ont signé un accord pour envoyer un rover de fabrication australienne sur la Lune dans le cadre du programme Artemis, dans le but de collecter des roches lunaires qui pourraient finalement fournir de l’oxygène respirable sur la Lune.
Bien que la Lune ait une atmosphère, elle est très mince et composée principalement d’hydrogène, de néon et d’argon. Ce n’est pas le genre de mélange gazeux qui pourrait soutenir les mammifères dépendants de l’oxygène comme les humains.
Cela dit, il y a en fait beaucoup d’oxygène sur la Lune. Ce n’est tout simplement pas sous forme gazeuse. Au lieu de cela, il est piégé à l’intérieur du régolithe – la couche de roche et de fine poussière qui recouvre la surface de la Lune. Si nous pouvions extraire l’oxygène du régolithe, cela suffirait-il à soutenir la vie humaine sur la Lune?
L’étendue de l’oxygène
L’oxygène peut être trouvé dans de nombreux minéraux dans le sol qui nous entoure. Et la Lune est principalement constituée des mêmes roches que vous trouverez sur Terre (bien qu’avec une quantité légèrement plus importante de matière provenant de météores).
Des minéraux tels que la silice, l’aluminium et les oxydes de fer et de magnésium dominent le paysage lunaire. Tous ces minéraux contiennent de l’oxygène, mais pas sous une forme à laquelle nos poumons peuvent accéder.
Sur la Lune, ces minéraux existent sous différentes formes, notamment la roche dure, la poussière, le gravier et les pierres recouvrant la surface. Ce matériau est le résultat des impacts de météorites s’écrasant sur la surface lunaire au cours d’innombrables millénaires.
Certaines personnes appellent la couche de surface de la Lune « sol » lunaire, mais en tant que pédologue, j’hésite à utiliser ce terme. Le sol tel que nous le connaissons est une chose assez magique qui ne se produit que sur Terre. Il a été créé par une vaste gamme d’organismes travaillant sur le matériau parent du sol – le régolithe, dérivé de la roche dure – pendant des millions d’années.
Le résultat est une matrice de minéraux qui n’étaient pas présents dans les roches d’origine. Le sol de la Terre est imprégné de caractéristiques physiques, chimiques et biologiques remarquables. Pendant ce temps, les matériaux à la surface de la Lune sont essentiellement du régolithe dans sa forme originale et intacte.
Une substance entre deux sortes
Le régolithe de la Lune est composé d’environ 45 % d’oxygène. Mais cet oxygène est étroitement lié aux minéraux mentionnés ci-dessus. Afin de briser ces liens forts, nous devons mettre de l’énergie.
Vous connaissez peut-être cela si vous connaissez l’électrolyse. Sur Terre, ce processus est couramment utilisé dans la fabrication, par exemple pour produire de l’aluminium. Un courant électrique traverse une forme liquide d’oxyde d’aluminium (communément appelée alumine) via des électrodes, pour séparer l’aluminium de l’oxygène.
Dans ce cas, l’oxygène est produit comme sous-produit. Sur la Lune, l’oxygène serait le produit principal et l’aluminium (ou autre métal) extrait serait un sous-produit potentiellement utile.
C’est un processus assez simple, mais il y a un hic : c’est très gourmand en énergie. Pour être durable, il devrait être soutenu par l’énergie solaire ou d’autres sources d’énergie disponibles sur la Lune.
L’extraction de l’oxygène du régolithe nécessite également un équipement industriel important. Nous devrions d’abord convertir l’oxyde métallique solide en forme liquide, soit en appliquant de la chaleur, soit en combinant de la chaleur avec des solvants ou des électrolytes. Nous avons la technologie pour le faire sur Terre, mais déplacer cet appareil vers la Lune – et générer suffisamment d’énergie pour le faire fonctionner – sera un défi de taille.
Plus tôt cette année, la startup belge Space Applications Services a annoncé qu’elle construisait trois réacteurs expérimentaux pour améliorer le processus de fabrication d’oxygène par électrolyse.
Ils prévoient d’envoyer la technologie sur la Lune d’ici 2025 dans le cadre de la mission d’utilisation des ressources in situ (ISRU) de l’Agence spatiale européenne.
Quelle quantité d’oxygène la Lune pourrait-elle fournir?
Cela dit, lorsque nous parvenons à le retirer, quelle quantité d’oxygène la Lune pourrait-elle réellement fournir? Eh bien, beaucoup en fin de compte.
Si nous ignorons l’oxygène emprisonné dans la roche dure plus profonde de la Lune – et considérons simplement le régolithe qui est facilement accessible à la surface – nous pouvons faire quelques estimations.
Chaque mètre cube de régolithe lunaire contient en moyenne 1,4 tonne de minéraux, dont environ 630 kilogrammes d’oxygène. Selon la NASA, les humains ont besoin de respirer environ 800 grammes d’oxygène par jour pour survivre. Ainsi, 630 kg d’oxygène maintiendraient une personne en vie pendant environ deux ans (ou un peu plus).
Supposons maintenant que la profondeur moyenne du régolithe sur la Lune soit d’environ dix mètres et que nous puissions en extraire tout l’oxygène. Cela signifie que les dix premiers mètres de la surface de la Lune fourniraient suffisamment d’oxygène pour subvenir aux besoins des huit milliards de personnes sur Terre pendant environ 100 000 ans.
Cela dépendrait également de l’efficacité avec laquelle nous parvenions à extraire et à utiliser l’oxygène. Quoi qu’il en soit, ce chiffre est assez incroyable!
Cela dit, nous l’avons assez bien ici sur Terre. Et nous devons faire tout notre possible pour protéger la planète bleue – et son sol en particulier – qui continue de soutenir toute la vie terrestre.
John Grant, maître de conférences en sciences du sol, Southern Cross University
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