Les scientifiques ont trouvé une nouvelle façon dont les futurs explorateurs de Mars pourraient potentiellement générer leur propre oxygène.

Mars est loin de la Terre, donc être capable de créer de l’air respirable sur place permettrait d’économiser de l’argent et des efforts pour transporter de l’oxygène jusqu’à notre propre planète.

Une équipe de recherche a découvert cette nouvelle réaction génératrice d’oxygène en étudiant des comètes. La plupart de ces petits mondes glacés proviennent d’une zone éloignée du système solaire connue sous le nom de nuage d’Oort, bien au-delà de l’orbite de Neptune. Si l’orbite d’une comète la rapproche du soleil, la chaleur commence à pousser la glace cométaire dans l’espace. Cette réaction produit de longues queues qui peuvent s’étirer sur des milliers de kilomètres.

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Une équipe de chercheurs du California Institute of Technology (Caltech) à Pasadena a trouvé une nouvelle façon d’expliquer comment les comètes génèrent de l’oxygène moléculaire, les deux atomes d’oxygène qui se réunissent pour former de l’air respirable.

Une méthode déjà connue est l’énergie cinétique. Une comète sublimatrice est un environnement occupé, où le vent solaire (le flux constant de particules émanant du soleil) peut pousser à grande vitesse des molécules d’eau flottantes à la surface de la comète. S’il y a des composés contenant de l’oxygène à la surface, les molécules d’eau de carénage peuvent déchirer les atomes d’oxygène et produire de l’oxygène moléculaire.

L’oxygène moléculaire peut également être produit par des réactions de dioxyde de carbone, a constaté l’équipe. (Le dioxyde de carbone contient un seul atome de carbone et deux atomes d’oxygène.) L’ancien boursier postdoctoral de Caltech Yunxi Yao et l’actuel professeur de génie chimique de Caltech Konstantinos Giapis ont simulé cette réaction en écrasant du dioxyde de carbone dans une feuille d’or. Comme la feuille d’or ne peut pas être oxydée, elle ne doit pas produire d’oxygène moléculaire. Mais lorsque le dioxyde de carbone pénètre dans la feuille à grande vitesse, la surface de l’or émet de l’oxygène moléculaire.

« Cela signifiait que les deux atomes d’oxygène provenaient de la même molécule de CO2, la divisant efficacement d’une manière extraordinaire », ont déclaré les représentants de Caltech dans un communiqué.

Pour mieux comprendre comment le dioxyde de carbone peut se décomposer en oxygène moléculaire, Tom Miller, professeur de chimie à Caltech, et Philip Shushkov, chercheur postdoctoral, ont créé une simulation informatique.

Un défi dans la modélisation de la réaction est que les molécules en réaction sont très « excitées », ce qui signifie qu’elles vibrent et tournent de manière complexe, ont déclaré les chercheurs.

« En général, les molécules excitées peuvent conduire à une chimie inhabituelle, nous avons donc commencé par cela », a déclaré Miller dans le communiqué. « Mais, à notre grande surprise, l’état excité n’a pas créé d’oxygène moléculaire. Au lieu de cela, la molécule s’est décomposée en d’autres produits. »

Au contraire, les scientifiques ont découvert que des molécules de dioxyde de carbone extrêmement « courbées » — celles avec une géométrie inhabituelle – peuvent être créées sans exciter le dioxyde de carbone. Cela produirait à son tour de l’oxygène.

Lorsque Yao et Giapis ont fracassé les molécules de dioxyde de carbone en feuille d’or, ils ont chargé électriquement les molécules de dioxyde de carbone individuelles, puis les ont accélérées à l’aide d’un champ électrique. Cependant, Giapis a déclaré que la réaction pourrait également avoir lieu à une vitesse plus lente, ce qui pourrait expliquer pourquoi il y a de l’oxygène flottant haut dans l’atmosphère martienne.

« Vous pouvez lancer une pierre avec suffisamment de vitesse à un peu de CO2 et réaliser la même chose », a-t-il déclaré dans le communiqué. « Il faudrait qu’il voyage à peu près aussi vite qu’une comète ou un astéroïde voyage dans l’espace. »

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Auparavant, les scientifiques pensaient que la minuscule concentration d’oxygène atmosphérique de Mars était probablement générée après que la lumière ultraviolette du soleil ait frappé des molécules de dioxyde de carbone dans l’air de la Planète Rouge. Giapis théorise cependant que l’oxygène martien pourrait également être généré lorsque des particules de poussière, accélérées à grande vitesse dans l’atmosphère, s’écrasent sur des molécules de dioxyde de carbone.

Le réacteur Giapis utilisé est à très faible rendement, ne générant qu’une ou deux molécules d’oxygène pour 100 molécules de dioxyde de carbone qui passent par l’accélérateur. Giapis a cependant déclaré que son réacteur pourrait peut-être être modifié un jour pour créer de l’air respirable pour les astronautes sur Mars. Et sur Terre, le réacteur peut être utile pour extraire le dioxyde de carbone (qui est également un puissant gaz à effet de serre et le principal moteur du réchauffement climatique) de l’atmosphère et le convertir en oxygène.

« Est-ce un appareil final? Aucun. Est-ce un appareil qui peut résoudre le problème avec Mars? Non « , a-t-il dit. « Mais c’est un appareil qui peut faire quelque chose de très difficile. Nous faisons des choses folles avec ce réacteur. »

Un article basé sur la recherche, dirigé par Yao, a été publié la semaine dernière dans la revue Nature Communications.

Au fait, la NASA est sur le point de donner à la technologie génératrice d’oxygène un test sur Mars. Un démonstrateur technologique appelé MOXIE (Mars Oxygen In situ resource utilization Experiment) volera à bord du rover Mars 2020 de l’agence, qui devrait être lancé l’été prochain et atterrir sur la Planète Rouge en février 2021. MOXIE divisera électrochimiquement le dioxyde de carbone atmosphérique, et la NASA veut voir si la méthode pourrait être étendue pour aider les gens sur la planète Rouge.

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