La question de l’oxygène sur Mars fascine scientifiques et explorateurs spatiaux depuis des décennies. Les données récentes des missions martiennes nous permettent aujourd’hui d’avoir une vision précise de cette ressource vitale sur la planète rouge.
Une atmosphère pauvre en oxygène
L’atmosphère martienne, étudiée en détail par le rover Curiosity depuis 2012, contient environ 0,16% d’oxygène (O2), selon les données de la NASA. En comparaison, l’atmosphère terrestre en contient 21%. Cette faible concentration s’explique principalement par la perte du champ magnétique de Mars il y a environ 4 milliards d’années, qui a permis au vent solaire d’arracher progressivement une grande partie de son atmosphère primitive.
Le CO2 : une source potentielle d’oxygène
L’atmosphère martienne est composée à 95% de dioxyde de carbone (CO2), comme l’a confirmé l’instrument SAM (Sample Analysis at Mars) de Curiosity. Cette caractéristique représente une opportunité : le CO2 peut être transformé en oxygène par des processus chimiques. C’est exactement ce qu’a démontré l’expérience MOXIE sur le rover Perseverance en 2021-2023, produisant jusqu’à 12 grammes d’oxygène par heure avec une pureté de 98%.
De l’eau et de la glace : des réservoirs d’oxygène
Les observations du Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) ont révélé la présence de vastes dépôts de glace d’eau aux pôles et sous la surface martienne. Cette eau (H2O) contient naturellement de l’oxygène qui pourrait être extrait par électrolyse. En 2022, l’Agence Spatiale Européenne estimait que les calottes polaires martiennes contiennent suffisamment d’eau pour couvrir la planète d’une couche d’environ 35 mètres de profondeur.
Des sels riches en oxygène
Des études publiées dans Nature Geoscience en 2018 suggèrent que les perchlorates, des sels présents dans le sol martien, pourraient contenir suffisamment d’oxygène pour soutenir une vie microbienne simple dans certaines conditions. Ces composés, détectés par Phoenix Lander en 2008 et confirmés par Curiosity, représentent une source potentielle d’oxygène pour de futures missions.
Les implications pour l’exploration humaine
La faible présence d’oxygène sur Mars pose un défi majeur pour les futures missions habitées. Cependant, les technologies comme MOXIE ouvrent des perspectives prometteuses. Selon les calculs de la NASA, une version 100 fois plus grande de MOXIE pourrait produire les 25-30 tonnes d’oxygène nécessaires pour le carburant d’une fusée de retour vers la Terre.
Perspectives futures
Les prochaines missions, notamment le Mars Sample Return prévu pour la fin des années 2020, permettront d’approfondir notre compréhension des ressources en oxygène martiennes. Des projets de « fermes à oxygène » utilisant des algues ou des systèmes électrochimiques sont également à l’étude pour les futures bases martiennes.
Cette synthèse des connaissances actuelles sur l’oxygène martien montre que, bien que rare dans l’atmosphère, cette molécule vitale existe sous différentes formes sur Mars. Les avancées technologiques récentes suggèrent que son extraction et sa production in situ seront cruciales pour l’avenir de l’exploration martienne.
Quels sont les principaux défis techniques pour produire de l’oxygène sur Mars
Les principaux défis techniques pour produire de l’oxygène sur Mars sont multiples et complexes :
Extraction efficace du CO2 atmosphérique
L’atmosphère martienne est composée à 96% de dioxyde de carbone, mais elle est très ténue. Un défi majeur est de collecter et comprimer efficacement ce CO2 pour en extraire l’oxygène
Gestion des températures extrêmes
Les technologies comme MOXIE doivent fonctionner dans des conditions de températures très variables et souvent extrêmes à la surface de Mars. Maintenir une température de fonctionnement stable (autour de 800°C) est crucial mais complexe
Miniaturisation et optimisation énergétique
Les systèmes de production d’oxygène doivent être compacts, légers et économes en énergie pour être viables sur Mars. Augmenter leur rendement tout en réduisant leur taille est un défi d’ingénierie majeur
Fonctionnement continu et fiabilité
Pour soutenir une présence humaine, les systèmes devront fonctionner de manière continue pendant de longues périodes sans maintenance. Assurer leur fiabilité dans l’environnement hostile martien est crucial
Séparation et purification des gaz
Séparer efficacement l’oxygène produit des autres gaz comme le monoxyde de carbone est essentiel. Obtenir un oxygène pur à 98% ou plus représente un défi technique important
Gestion des poussières martiennes
Les fines poussières omniprésentes sur Mars risquent d’endommager ou d’obstruer les équipements. Concevoir des systèmes résistants aux poussières est indispensable
Mise à l’échelle de la production
Passer des prototypes actuels produisant quelques grammes par heure à des systèmes capables de générer plusieurs kilogrammes par jour nécessitera des innovations majeures
Relever ces défis techniques est crucial pour permettre une exploration humaine durable de Mars. Bien que des progrès significatifs aient été réalisés, notamment avec MOXIE, d’importants efforts de recherche et développement restent nécessaires pour aboutir à des systèmes pleinement opérationnels.
Comment fonctionne exactement le dispositif Moxie
Le dispositif MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) fonctionne selon les étapes suivantes :
- Collecte du CO2 atmosphérique martien :
MOXIE aspire l’atmosphère martienne, composée à 96% de CO2, à travers un filtre HEPA - Compression et chauffage :
Le CO2 est comprimé à environ 1 bar à l’aide d’un compresseur à spirale, puis chauffé à environ 800°C - Électrolyse à haute température :
Le CO2 chauffé passe dans un électrolyseur à oxyde solide (SOXE) composé de 10 cellules empilées - Séparation de l’oxygène :
Dans le SOXE, le CO2 est dissocié électrochimiquement en oxygène (O2) et monoxyde de carbone (CO) - Collecte de l’oxygène pur :
L’oxygène produit est collecté et analysé. MOXIE vise une pureté d’au moins 98% - Rejet des autres gaz :
Le CO et les gaz inertes (azote, argon) sont rejetés dans l’atmosphère martienne
MOXIE consomme environ 300 watts d’énergie pendant 2 heures de fonctionnement pour produire environ 10 grammes d’oxygène par heure.Ce processus démontre la possibilité de produire de l’oxygène in situ sur Mars, une étape cruciale pour les futures missions habitées.
Voici une liste de sources utiles concernant la production d’oxygène sur Mars :
- Géo:Mars : la NASA réussit à produire suffisamment d’oxygène pour respirer pendant plus de 1h30– Cet article explique les résultats de l’expérience MOXIE et les défis techniques rencontrés.
- France Inter:Sur Mars, la NASA est parvenue à fabriquer de l’oxygène– Un rapport détaillant la production de 6 grammes d’oxygène pur par le rover Perseverance.
- Les Échos:Perseverance a créé de l’oxygène à partir de l’atmosphère de Mars– Cet article discute des implications de cette prouesse pour les futures missions habitées.
- Franceinfo:On a fabriqué de l’oxygène sur Mars– Une analyse des résultats obtenus et des défis techniques associés à la production d’oxygène sur Mars.
- Wikipedia:Utilisation des ressources in situ– Une vue d’ensemble des méthodes potentielles pour utiliser les ressources martiennes, y compris la production d’oxygène.
