Les ressources sur Mars pourraient-elles soutenir les explorateurs humains ?

Au cours des prochaines décennies, de nombreuses agences spatiales et entreprises privées prévoient d’établir des avant-postes sur la Lune et sur Mars. Ces avant-postes permettront des séjours de longue durée, des recherches astrobiologiques et faciliteront l’exploration future du système solaire. Cependant, le fait que des équipages opèrent loin de la Terre pendant des périodes prolongées présentera également de sérieux défis logistiques.

Compte tenu des distances et des coûts impliqués, l’envoi de missions de ravitaillement sera à la fois peu pratique et coûteux. C’est pourquoi il est essentiel de s’appuyer sur les ressources locales pour répondre aux besoins de la mission, autrement dit sur l’utilisation des ressources in situ (ISRU).

L’ISRU est particulièrement nécessaire sur Mars, car les missions de ravitaillement pourraient prendre de six à neuf mois pour y parvenir. Heureusement, Mars dispose de ressources abondantes qui peuvent être récoltées et utilisées pour fournir de l’oxygène, du carburant, de l’eau, de la terre pour cultiver des aliments et des matériaux de construction.

Dans une étude récente, une équipe dirigée par la Freie Universität Berlin a évalué le potentiel d’exploitation des ressources de plusieurs gisements de minéraux hydratés déjà identifiés à la surface de Mars. Ils ont également présenté des estimations de la quantité d’eau et de minéraux pouvant être extraits et de la manière dont ils pourraient être utilisés.

L’équipe était dirigée par Christoph Gross, chercheur postdoctoral au sein du groupe de sciences planétaires et de télédétection de l’Institut des sciences géologiques de la Freie Universität de Berlin. Ils étaient rejoints par des chercheurs de l’Institut SETI, du Centre de recherche Ames de la NASA, de l’Institut d’astrophysique spatiale et de l’Institut des systèmes spatiaux du Centre aérospatial allemand (DLR).

Leur article de recherche, «Prospection de ressources in situ pour de futures missions habitées vers Mars, » est publié dans le Acta Astronautica journal.

Comme le notent les auteurs, la NASA et d’autres agences spatiales investissent dans les technologies ISRU pour réduire considérablement la masse globale qui doit être envoyée sur la Lune ou sur Mars pour soutenir les efforts d’exploration humaine.

Ces dernières années, cela a donné lieu à des expériences telles que l’expérience MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) sur le rover Perseverance de la NASA, qui a produit de l’oxygène gazeux à partir du dioxyde de carbone atmosphérique de Mars. L’ESA prépare également une mission de démonstration ISRU pour démontrer que l’eau et l’oxygène peuvent être produits à partir de glace d’eau récoltée sur la Lune.

Ces ressources pourraient être utilisées dans les systèmes de survie, pour garantir aux équipages des missions un air respirable et de l’eau pour boire et irriguer. Elles pourraient également être utilisées dans le domaine de l’énergie et de la propulsion, pour fournir de l’hydrogène gazeux aux piles à combustible ou aux réacteurs, et pour créer des propulseurs à base d’hydrogène liquide (LH2) et d’oxygène liquide (LOX). Sur Mars, la majeure partie de l’eau est aujourd’hui concentrée dans les calottes glaciaires polaires et le pergélisol ou dans des poches de minéraux hydratés où l’eau coulait autrefois à la surface.

Pour les besoins de leur étude, Gross et ses collègues se sont concentrés sur les sites minéraux hydratés, car ils offrent la possibilité d’extraire de l’eau directement à la surface et à des latitudes plus basses. Mais comme Gross l’a expliqué à Universe Today par courrier électronique, ces gisements ont également des applications potentielles en matière de ressources qui vont au-delà de la simple eau :

« Les minéraux hydratés de Mars constituent le plus grand réservoir d’eau connu à ce jour sur Mars (principalement des sulfates et des phyllosilicates). L’eau peut être extraite relativement facilement des sulfates et, comme décrit dans l’article, les minéraux peuvent également être utilisés comme engrais pour la production alimentaire. Les phyllosilicates pourraient être utilisés comme matériau de construction ou, par exemple, pour la céramique. L’eau est la ressource la plus importante, en particulier pour la production de propulseurs. Cela pourrait être plus intéressant pour Mars en raison de la distance par rapport à la Terre, de la gravité, etc. »

Ensuite, Gross et ses collègues ont évalué différents emplacements géographiques où des minéraux hydratés ont été identifiés sur la base de données obtenues par l’instrument Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) à bord du Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) de la NASA.

Cela comprenait Mawrth Vallis, un ancien canal d’inondation qui s’ouvre sur les plaines de Chryse Planitia dans l’hémisphère nord de Mars, et Juventae Chasma, un bassin de 5 km (~ 3 mi) de profondeur situé au nord de Valles Marineris.

« Les régions hébergeant une variété de matériaux différents peuvent être intéressantes », a déclaré Gross.

« Ensuite, le site doit être facilement accessible (pas dans un canyon, etc.) et il doit être proche de sites scientifiques intéressants. Je soutiendrais également l’idée d’avoir une base dans les régions équatoriales où les températures ne sont pas trop froides. Et il devrait y avoir suffisamment d’espace autour de la base pour s’agrandir avec des missions de suivi. Meridiani Planum est un candidat idéal. Nous allons essayer de limiter les ressources là aussi. »

Gross et ses collègues ont également formulé des recommandations sur la manière d’extraire ces ressources. Selon les auteurs, la déshydratation des sulfates mono- et poly-hydratés est théoriquement la meilleure approche, car il existe plusieurs méthodes relativement simples, rapides et économes en énergie pour y parvenir.

Ils recommandent également que des missions robotiques soient envoyées avant les astronautes pour repérer, évaluer et commencer à récolter et à traiter ces ressources en prévision de leur arrivée.

« Des missions robotisées de pré-production pourraient permettre d’extraire et de raffiner les ressources, notamment pour la production de carburants », a déclaré M. Gross. « La NASA et des entreprises privées mènent de nombreuses études sur ce point. Par exemple, la construction robotisée d’habitats ou la préproduction d’oxygène sont des projets envisageables. »

Cette analyse ouvre de nouvelles perspectives d’exploration et d’habitats à long terme sur Mars. Bien que les régions polaires soient considérées comme un endroit propice à la construction de futurs habitats, principalement en raison de l’abondance d’eau gelée à laquelle elles ont accès, l’extraction de cette glace (en particulier à partir de sources souterraines profondes) sera coûteuse et restrictive.

L’utilisation possible de minéraux hydratés offre non seulement une alternative aux opérations de l’ISRU sur Mars, mais ouvre également des sites dans la région équatoriale à l’exploration et à la création d’habitats.