Quelle source d'énergie sera privilégiée par les astronautes sur Mars ?

Sylvie Montard - 31 mai 2022



 
Les auteurs de science-fiction ont imaginé depuis longtemps comment l'humanité pourraient un jour implanter des colonies fonctionnelles sur Mars. Depuis que la NASA et l'Agence Spatiale Européenne (ESA) projettent d'envoyer des astronautes sur la planète rouge dans les 20 prochaines années, et que le PDG de SpaceX, Elon Musk, parle également d'y envoyer des humains, la science doit élucider l'un des plus grands défis de la conquête spatiale : quelle est la manière la plus pratique d'alimenter les futures colonies martiennes ?
 
Cette question a abouti à quatre ans de travail acharné pour les étudiants en ingénierie de l'UC Berkeley, Anthony Abel et Aaron Berliner. Dans leur étude publiée en avril 2022 dans la revue Frontiers in Astronomy and Space Sciences, ils affirment que les sources d'énergie solaire et nucléaire peuvent fournir suffisamment d'énergie pour des missions longues avec équipage. Mais les astronautes seront confrontés à certaines limites, notamment la quantité d'équipement lourd qu'ils devront apporter de la Terre, et le rendement énergétique des panneaux solaires en fonction du lieu d'implantation et de l'ensoleillement plus faible sur Mars.



« Tout dépend de l'endroit où vous vous trouvez sur Mars, déclare Abel à propos de leurs résultats. Près de l'équateur, l'utilisation de l'énergie solaire semble mieux adaptée. Et près des pôles, le nucléaire serait un choix plus judicieux ».
 
Les ingénieurs ont basé leur étude sur les besoins énergétiques d'un habitat martien construit pour un équipage de six personnes. Pour un avant-poste aussi éloigné, les premiers astronautes devront apporter avec eux presque tout ce dont ils ont besoin, y compris les cellules photovoltaïques, les batteries et les réacteurs nucléaires nécessaires pour survivre. Ces missions habitées seront donc tributaires de la quantité de matériel transportée. « Acheminer des équipements de production d'énergie de la Terre vers Mars est vraiment difficile et coûte très cher, il faut donc minimiser les volumes et le poids de la masse emportée », explique Anthony Abel.



Les auteurs de l'étude ont calculé la quantité d'énergie que les options solaires ou nucléaires généreraient et la quantité de masse emportée qui serait nécessaire pour produire cette énergie. Ils ont découvert que sur environ 50 % de la surface martienne, en particulier près de l'équateur, où de nombreux rovers et atterrisseurs se sont posés, l'énergie solaire surpasse les autres alternatives et ne nécessite qu'environ 8,3 tonnes de transport de masse emportée pour alimenter un habitat de six personnes. Parmi les technologies existantes, les panneaux solaires légers (avec électrolyse et stockage d'hydrogène comprimé) sont les plus efficaces. Ils offriraient jusqu'à 40 kilowatts par jour, soit l'énergie suffisante pour produire des espaces clos respirables, des engrais (pour la croissance des cultures) et du méthane, carburant indispensable des fusées pour le voyage de retour.
 
Pour un avant-poste martien plus proche des pôles, le poids des équipements solaires nécessaires s'élèverait à plus de 20 tonnes. Mars est inclinée sur son axe d'environ 25 degrés, un peu plus que la Terre, et son orbite est moins circulaire. Les rayons du soleil atteindraient plus difficilement les cellules photovoltaïques durant certaines saisons. L'énergie nucléaire serait ainsi plus viable aux pôles, qui ont également l'avantage de contenir de grandes quantités de glace, utile pour fournir une source d'eau inépuisable pour les astronautes. L'équipement nécessaire pour produire l'énergie nucléaire représenterait environ 9,5 tonnes de masse emportée pour obtenir les mêmes 40 kilowatts d'énergie. Ce scénario est réalisable pour les énormes fusées de nouvelle génération comme le Starship de SpaceX, qui peut transporter des charges utiles de plusieurs dizaines de tonnes.



La NASA possède déjà une riche expérience de ce type de compromis, avec les technologies énergétiques utilisées par ses rovers martiens. Les ingénieurs doivent trouver le juste équilibre entre le poids du transport, les besoins de stockage et un système énergétique capable de gérer la disponibilité de la lumière solaire. Pour une colonie martienne permanente, le scénario idéal comprendrait un système d'alimentation hybride, composé de panneaux photovoltaïques et d'une énergie nucléaire. Cette option présente l'avantage de ne pas s'appuyer sur une seule technologie, en cas de défaut de conception, ou de panne majeure.

 
Source: wired.com
 
   
 
 
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