Sur la Lune, l’urine des astronautes sera une ressource très recherchée

L’urine peut être utilisée pour les aires d’atterrissage, les jardins et l’eau potable, rapporte ArsTechnica :

Depuis que le président Donald Trump a demandé à la NASA de mettre les pieds sur la Lune d’ici 2024, l’agence et ses partenaires ont travaillé dur pour y parvenir. À la fin du mois dernier, la NASA a attribué des contrats à trois entreprises pour développer un alunisseur avec équipage, mais se rendre sur la Lune n’est qu’un début. L’agence prévoit également de construire une base lunaire permanente avant la fin de la décennie et de l’utiliser comme un tremplin vers Mars.

Si les astronautes doivent passer des semaines entières sur la Lune, ils devront trouver comment vivre de l’atterrisseur, le régolithe. Il est trop coûteux de tout expédier depuis la Terre, ce qui signifie qu’ils devront faire preuve de créativité avec les ressources limitées de la surface lunaire. La terre lunaire est un excellent matériau de construction et il y a de l’eau sous forme de glace au pôle sud qui peut être transformée en carburant pour fusée. Mais le produit le plus chaud de tous pourrait très bien se révéler être la propre urine d’un astronaute.

Au début de l’année, une équipe de chercheurs européens a démontré que l’urée, le deuxième composé le plus courant dans l’urine humaine après l’eau, peut être mélangée à de la terre lunaire et utilisée pour la construction. Le matériau qui en résulte est un géopolymère, qui a des propriétés similaires à celles du béton et qui pourrait être utilisé pour construire des pistes d’atterrissage, des habitats et d’autres structures sur la Lune.

Les géopolymères sont régulièrement utilisés sur Terre comme une alternative écologique au béton conventionnel. L’un des principaux ingrédients du béton est le ciment, qui nécessite un processus de fabrication à haute température qui libère beaucoup de CO2. Mais un géopolymère ne nécessite pas du tout beaucoup d’énergie. Au lieu du ciment, il utilise des roches pulvérisées ou des cendres volantes, le produit résiduel de la combustion du charbon. Mélangé à de l’eau et à certains composés réactifs, il crée un matériau semblable à du mastic qui peut être coulé dans les formes souhaitées avant d’être laissé à sécher.

Sur la Lune, la plupart des infrastructures seront probablement construites par des imprimantes 3D industrielles. Construire avec des briques serait beaucoup trop inefficace et limiterait les types de structures qui pourraient être réalisées. Mais les imprimantes 3D robotisées pourraient construire de manière autonome des habitats plus complexes. Le régolithe lunaire a des similarités chimiques avec les cendres volantes, ce qui fait des géopolymères une option intéressante pour construire des choses sur la Lune. L’inconvénient est que les géopolymères nécessitent beaucoup d’eau, donc ils s’écouleront par la buse d’une imprimante 3D.

L’eau est très, très précieuse sur la surface lunaire », déclare Marlies Arnhof, membre de l’équipe « Concepts avancés » de l’Agence spatiale européenne et co-auteur de la recherche. « L’un de nos principaux objectifs avec cette étude était donc de réduire la quantité d’eau nécessaire pour produire un géopolymère ».

Superplastifiants

Les superplastifiants sont des matériaux qui sont utilisés pour réduire la teneur en eau du béton et des géopolymères tout en maintenant leur fluidité. Sur Terre, les superplastifiants sont généralement des substances difficiles à prononcer comme le naphtalène et le polycarboxylate. Mais comme Arnhof et ses collègues l’ont découvert, l’urée fonctionne tout aussi bien et pourrait facilement être trouvée sur la Lune. Plutôt que de filtrer les contaminants présents dans l’urine des astronautes et de recycler les eaux usées, l’urine pourrait être stockée dans un réservoir et récoltée pour en faire de l’urée.

Pour tester l’idée, les chercheurs ont mélangé de la poudre d’urée synthétique avec un simulateur de régolithe lunaire pour fabriquer des structures cylindriques de la taille d’un poing et les laisser sécher sous un poids. Ils ont ensuite simulé l’utilisation de ce matériau dans une imprimante 3D en l’extrudant par couches à travers une seringue. Ils ont comparé les résultats avec des géopolymères conventionnels. « Les résultats ont été assez bons », déclare Anna-Lena Kjøniksen, spécialiste des matériaux au Collège universitaire d’Østfold et co-auteur de l’étude. « Elle semblait donner les meilleurs résultats globaux, surtout lorsqu’il s’agissait d’éviter la formation de fissures ».

Le polymère à base de pipi de l’équipe pourrait également contribuer à créer des abris qui protègent les astronautes des dangereux rayonnements ionisants de la surface lunaire. La Lune n’a pas d’atmosphère ni de champ magnétique puissant pour dévier les radiations provenant du Soleil, ce qui signifie que les astronautes courent un risque accru de cancer en raison de leurs longs séjours sur la surface lunaire. Les géopolymères sont apparus comme un candidat prometteur pour contenir les déchets nucléaires sur Terre, et Arnhof affirme que le même principe pourrait protéger les astronautes sur la Lune. Mais au lieu d’empêcher les radiations de s’échapper d’une structure, il les empêcherait d’y entrer.

L’Agence spatiale européenne travaille sur une étude de suivi qui aidera à déterminer si le géopolymère à base d’urée est efficace pour protéger contre les radiations. L’agence doit également prouver que la fabrication de ce matériau est possible sur la Lune. Dans leur étude la plus récente, Arnhof et ses collègues ont fabriqué le géopolymère à température ambiante dans un environnement en plein air. Mais l’impression 3D est beaucoup plus difficile dans l’environnement sous vide à faible gravité de la surface lunaire. Le géopolymère doit également être capable de résister aux grandes variations de température sur la Lune, qui se situent entre 260 et -280 degrés Fahrenheit.

Frittage

Qu’ils contiennent ou non de l’urée, les géopolymères sont une alternative prometteuse au frittage, l’autre grande approche explorée pour la construction lunaire, explique Phil Metzger, planétologue à l’université de Floride centrale et expert en ressources lunaires. Le frittage consiste à faire exploser le régolithe avec de grandes quantités d’énergie pour qu’il fonde. L’énergie est difficile à obtenir sur la Lune, et la construction de grandes structures nécessiterait des fermes solaires à l’échelle du mégawatt qui alimentent toute leur puissance à une installation de frittage. Il est plus facile de construire à l’échelle des polymères, mais Metzger est sceptique quant au fait que l’urine finira par devenir le superplastifiant de choix sur la Lune. Au lieu de cela, il dit que les polymères seront probablement amenés de la Terre ou extraits de la glace lunaire.

« Je ne sais pas si le fait de faire pipi serait bien adapté », dit Metzger. « Je ne pense pas qu’il y aura autant de gens qui pisseront sur la Lune. »

Il est peu probable que la NASA commence à envoyer des fusées pleines de pipi sur la Lune pour combler la différence. Mais il y a beaucoup d’autres utilisations de l’urine des astronautes que le ciment. L’une d’elles consiste à la recycler et à la boire, comme le font les astronautes de la Station spatiale internationale. Bien qu’il y ait de l’eau gelée au pôle sud de la Lune, on ne sait pas encore à quel point elle sera difficile à extraire et à utiliser. Elle contient également des substances toxiques comme le mercure et le sulfure d’hydrogène, ce qui signifie qu’elle doit être nettoyée avant d’être propre à la consommation humaine.

Même si les humains finissent par boire l’eau de la Lune au lieu de l’urine recyclée, l’utilisation de l’urine des astronautes pour les géopolymères n’est peut-être pas encore le meilleur choix. Au contraire, elle pourrait être meilleure pour la culture des aliments. L’urée se décompose en ammoniac et en dioxyde de carbone, et certains types de microbes sont très efficaces pour convertir l’ammoniac en sels de nitrate, un type d’engrais courant. Cela signifie qu’elle pourrait être utilisée dans un système de maintien de la vie en circuit fermé où l’eau de l’urine est recyclée et l’urée utilisée comme matière première pour les engrais végétaux. Les chercheurs du Centre aérospatial allemand cultivent avec succès des légumes dans l’urine humaine depuis des années. Fin 2018, ils ont lancé un satellite pour tester une version miniature de leurs serres à urine en orbite autour de la Terre.

Dans l’environnement lunaire stérile, chaque goutte de matière liquide importe. Ainsi, qu’elle soit utilisée comme matériau de construction, comme engrais ou comme support de vie, il semble que l’urine va avoir un grand rôle à jouer lorsque les humains s’aventureront dans le système solaire. Les voyages dans l’espace n’ont jamais semblé aussi glamour.

 

Cette histoire a d’abord été publiée sur wired.com.

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