L'oxygène est essentiel au carburant d'une fusée. Une étude a évalué l'énergie nécessaire pour en produire à partir du régolithe lunaire. Si le procédé est possible, il est énergivore.
Qui veut voyager loin ménage sa monture, mais pour étendre l'exploration spatiale, il est nécessaire de trouver des sources de carburant en dehors de la Terre. La Lune semble la planète idéale, par sa faible gravité et la présence de ressources potentielles.
Quant à l'oxygène, composant essentiel du carburant de fusée, il pourrait être extrait du régolithe lunaire. Une étude publiée dans la revue The Proceedings of the National Academy of Sciences, (PNAS), quantifie l'énergie requise pour cette extraction. Ce travail cherche à évaluer s'il est possible de transformer la Lune en un dépôt de carburant. Après tout, on cherche bien à y vivre, c'est d'ailleurs l'une des missions du programme Artemis.
Produire de l'oxygène sur la Lune, un processus techniquement possible, mais énergivore
L'intérêt du ravitaillement lunaire naît d'un calcul simple : un lancement depuis la Lune vers le point de Lagrange Terre-Lune 1 nécessite beaucoup moins de carburant qu'un lancement depuis la Terre. Les auteurs de l'étude indiquent qu'il faut environ 25 kg de propulseur pour transporter 1 kg de charge utile depuis la Terre, contre seulement 4 kg depuis la Lune.
Pour produire du carburant sur la Lune, l'eau est une ressource intéressante, car elle peut être séparée en hydrogène et en oxygène. L'eau est présente sur la Lune, mais sa quantité et sa concentration restent incertaines. Les chercheurs se sont donc penchés sur le régolithe, la poussière lunaire, qui contient de nombreux minéraux riches en oxygène.
L'extraction de l'oxygène à partir de l'ilménite (FeTiO3) est une piste explorée. Bien que ce ne soit pas la méthode la plus simple, elle est bien documentée. Le procédé consiste à récolter le régolithe, à purifier l'ilménite, puis à la combiner avec de l'hydrogène à haute température. Cela libère l'oxygène sous forme d'eau, laissant du fer et du titane. L'eau est ensuite divisée pour récupérer l'hydrogène et l'oxygène.
Ce processus nécessite des infrastructures importantes. L'étude s'est concentrée sur la consommation d'énergie. Les chercheurs ont estimé que l'énergie est principalement consommée lors de la réaction à haute température (55 %), de la séparation de l'eau (38 %) et de la liquéfaction de l'oxygène (5 %). Au total, la production d'un kilogramme d'oxygène liquide nécessite environ 24 kWh.
Optimisation énergétique et sources d'énergie alternatives : les clés d'un ravitaillement lunaire viable
Ce chiffre de 24 kWh par kilogramme montre bien qu'il faut, pour que cette idée ne reste pas à l'état d'embryon, se concentrer sur l'efficacité énergétique. Une meilleure séparation de l'ilménite permettrait de réduire la consommation d'énergie. Le chauffage de la réaction pourrait être réalisé avec de l'énergie solaire concentrée, ce qui éviterait l'utilisation d'électricité.
Les chercheurs ont identifié des zones lunaires riches en ilménite, notamment certaines mers situées sur la face visible de la Lune. Pour transporter un vaisseau spatial vide de SpaceX de la surface lunaire au point de Lagrange Terre-Lune, il faut 80 tonnes d'oxygène liquide. La station spatiale internationale, avec ses panneaux solaires de 100 kW, pourrait produire environ 4 kg d'oxygène par heure. Il faudrait donc plus de deux ans pour produire les 80 tonnes nécessaires, en supposant une production continue.
La construction d'installations plus grandes nécessiterait l'envoi de davantage de matériel depuis la Terre. L'énergie nucléaire pourrait être une alternative, car elle permettrait une production continue, indépendamment du cycle jour/nuit lunaire.
Sources : Ars Technica, CSIRO
