Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology conçoivent un réacteur à plasma froid pour transformer le dioxyde de carbone de l’atmosphère martienne en oxygène et en monoxyde de carbone, ouvrant la voie à la création de stations de ravitaillement pour les futurs voyages habités.
À retenir
- Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology développent un réacteur à plasma pour convertir l’atmosphère de Mars en carburant et en oxygène.
- Lanie McKinney, doctorante, et l’équipe de l’Aerospace Plasma Group travaillent sur ce projet destiné à alimenter de futures missions habitées.
- Le dispositif utilise un réacteur à plasma de type Nanosecond Repetitively Pulsed Dielectric Barrier Discharge (NRP-DBD).
- Une membrane sélective d’oxygène est associée au réacteur pour empêcher la recombinaison des molécules après la séparation initiale.
- L’équipe a également remporté le premier prix de la phase 2 du concours LunaRecycle de la NASA en mars avec le projet CERBERUZ.
Les défis technologiques des missions habitées vers Mars
À mesure que la NASA et la Chine planifient des missions habitées vers Mars pour les décennies à venir, plusieurs critères techniques doivent impérativement être validés. Parmi les priorités absolues figurent le développement de systèmes de propulsion avancés, la garantie de la santé des astronautes, et la production sur place du propergol nécessaire au voyage de retour. Pour répondre à cette dernière exigence, l’une des architectures de mission privilégiées repose sur l’utilisation de stations de ravitaillement martiennes exploitant l’utilisation des ressources in situ, connue sous l’acronyme ISRU.
Dans ce contexte, des travaux menés au Massachusetts Institute of Technology par la doctorante Lanie McKinney et les chercheurs de l’Aerospace Plasma Group visent à concevoir une technologie capable de convertir directement l’atmosphère de la planète rouge. Cette approche technique doit permettre de s’affranchir du transport de l’intégralité du carburant depuis la Terre, réduisant ainsi considérablement la masse et le coût global des futures expéditions interplanétaires.
Le fonctionnement du réacteur à plasma NRP-DBD
Le dispositif central de cette recherche est un réacteur à plasma de petite taille connu sous l’appellation de Nanosecond Repetitively Pulsed Dielectric Barrier Discharge (NRP-DBD). Ce type de réacteur exploite le principe du plasma froid pour transformer le dioxyde de carbone, qui compose l’essentiel de l’atmosphère martienne, en oxygène et en monoxyde de carbone. Ces composés chimiques possèdent un double avantage : l’oxygène peut alimenter les systèmes de support de vie des équipages, tandis que le mélange oxygène et monoxyde de carbone sert de base potentielle pour le propergol des fusées.
Lanie McKinney développe cette technologie sous la supervision de Carmen Guerra-Garcia, professeure associée Esther et Harold E. Edgerton au MIT. Les recherches s’inscrivent également dans le cadre des activités de l’atelier sur les ressources spatiales du MIT, un groupe fondé par des étudiants qui conçoivent des systèmes de démonstration de faisabilité pour soutenir l’utilisation des ressources sur la Lune et sur Mars.
Obstacles techniques et intégration d’une membrane sélective
Malgré la maîtrise de la phase de conversion initiale, les chercheurs font face à des difficultés inhérentes au comportement du plasma. Lorsque le dioxyde de carbone est transformé, il génère un mélange complexe de gaz qu’il est impératif de séparer rapidement pour éviter que les éléments ne se recombinent spontanément en dioxyde de carbone. L’équipe travaille donc à l’intégration du réacteur avec une membrane sélective d’oxygène.
Cette membrane doit permettre d’extraire l’oxygène à un rythme élevé dès sa séparation. Les mécanismes physico-chimiques à l’œuvre dans cet environnement réactif restent encore partiellement incompris par la communauté scientifique, et le comportement exact de la membrane face au plasma constitue actuellement le principal sujet d’étude de l’équipe du MIT.
Implications pour les programmes spatiaux internationaux
En parallèle de ces travaux sur l’atmosphère martienne, Lanie McKinney s’est illustrée dans d’autres programmes de recherche spatiale. En mars, elle a codirigé l’équipe CERBERUZ lors du concours LunaRecycle de la NASA, remportant le premier prix de la phase 2 pour un système capable de transformer des déchets mixtes en poudre réutilisable par moulage par injection et impression 3D. Cette distinction a été assortie d’une dotation de 775 000 dollars, témoignant de l’implication de l’établissement dans les technologies de circularité spatiale.
Les avancées réalisées au sein de l’Aerospace Plasma Group s’inscrivent dans une stratégie globale visant à rendre les séjours prolongés sur des corps célestes économiquement et techniquement viables. À mesure que les données de laboratoire s’affineront, la validation de ces réacteurs à plasma à l’échelle opérationnelle déterminera la faisabilité des futures infrastructures de ravitaillement martien.