Le rover Perseverance est parvenu à produire pour la première fois de l'oxygène sur Mars. Il l'a fait à partir du dioxyde de carbone qui se trouve dans l'atmosphère de la planète.

Il n’y en a pas que pour le petit hélicoptère Ingenuity sur Mars. Pendant que le robot mène ses essais de vol, le rover Perseverance le surveille, mais continue aussi sa propre mission. Le 21 avril 2021, la Nasa a annoncé qu’une nouvelle « première fois » importante avait été accomplie par l’astromobile : l’expérience MOXIE (Mars OXYgen ISRU Experiment) est parvenue à produire de l’oxygène à partir du dioxyde de carbone présent dans l’atmosphère de Mars.

« Autre grande première : convertir le CO2 en oxygène sur Mars. […] Les futurs explorateurs devront générer de l’oxygène pour le carburant des fusées et pour respirer sur la planète rouge », peut-on lire sur le compte Twitter officiel de la mission, @NASAPersevere. La mission primaire du rover, censée durer une année martienne (soit environ deux ans sur Terre), se déroule en plusieurs phases. Après la première qui a consisté à vérifier et déployer les équipements du rover, la deuxième vise à tester l’hélicoptère Ingenuity, mais aussi le système de production d’oxygène MOXIE.

5,4 grammes d’oxygène

Le test a été mené le 20 avril dernier, ce qui correspond au 60e sol (le nom du jour sur Mars) de la mission Mars 2020, depuis son atterrissage dans le cratère Jezero le 18 février. MOXIE, un instrument pas plus gros qu’un « grille-pain », comme le décrit la Nasa, est parvenu à convertir un peu de la fine atmosphère de Mars en oxygène. C’est un peu comme si MOXIE avait respiré un peu de cette atmosphère riche en CO2, pour ensuite expirer une petite quantité d’oxygène.

Après un laps de temps de deux heures nécessaire pour préchauffer MOXIE, l’instrument a produit de l’oxygène à un taux de 6 grammes par heure. Les petites baisses, que l’on peut voir à deux reprises dans la courbe de production sur le schéma ci-dessous, sont liées à des vérifications de l’état de l’instrument. Au bout d’une heure de fonctionnement, MOXIE a produit au total environ 5,4 grammes d’oxygène. Selon la Nasa, ce serait suffisant pour faire respirer un astronaute pendant environ 10 minutes.

Oxygène produit par MOXIE sur Mars. // Source : MIT Haystack Observatory

MOXIE est l’une des expériences technologiques prévues avec Perseverance, un peu dans le même esprit que celle de l’hélicoptère Ingenuity. Ces ajouts servent de démonstration : ici, l’objectif était de voir si cette technologie serait exploitable dans de futures missions humaines sur Mars. L’enjeu serait de parvenir à produire des éléments nécessaires à une mission spatiale à partir des ressources in situ (d’où le « ISRU », signifiant « utilisation des ressources in situ », dans le nom complet de l’instrument).

De l’oxygène essentiel pour respirer, mais aussi pour repartir

Dans le cas de l’oxygène, il ne serait pas seulement essentiel pour faire respirer les astronautes sur la planète rouge. La majeure partie de l’oxygène aiderait surtout à propulser la fusée, lors du retour de la mission vers la Terre. Pour faire repartir une fusée avec un équipage de quatre astronautes, la Nasa note qu’il ne faudrait pas moins de 25 tonnes métriques d’oxygène (les astronautes, eux, auraient besoin d’une tonne métrique en un an de mission sur Mars). Transporter une telle quantité d’oxygène sur Mars apparaît bien plus contraignant et couteux que d’en produire directement sur place.

Ce genre de technologie peut donc limiter la masse des éléments à transporter depuis la Terre, mais sur le plan technologique elle représente un véritable défi. Avant d’envisager embarquer un instrument fabriquant de l’oxygène sur Mars lors d’une mission humaine, il est crucial de passer par une mission d’expérimentation sur place. C’est ce qui est fait avec Perseverance.

Instrument MOXIE avant son installation sur Perseverance. Son emplacement dans le rover est indiqué à droite. // Source : NASA/JPL-Caltech, montage Numerama

Comment fonctionne MOXIE ?

L’atmosphère de Mars est composée à 96 % de dioxyde de carbone. Pour obtenir de l’oxygène, MOXIE sépare les atomes d’oxygène de ces molécules de CO2 (chacune formée d’un atome de carbone et de deux atomes d’oxygène). Le « déchet » rejeté par MOXIE est du monoxyde de carbone (un atome d’oxygène et un atome de carbone). Pour réaliser cette conversion, l’instrument doit atteindre une température très élevée, d’environ 800°C. Il a donc fallu utiliser, lors de sa conception, des matériaux résistants à la chaleur et protégeant le reste du rover.

Les premières activités de MOXIE sur Mars sont encourageantes. L’instrument a été conçu pour produire jusqu’à 10 grammes d’oxygène par heure. Il aura d’autres occasions de fonctionner — au moins neuf fois — au cours de cette première année de la mission sur Mars.

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