C'est pas sorcier
L'eau dans l'espace
Colonies et explorations futures...
"Un petit pas pour l'homme, un pas de géant pour l'humanité" proclamait Armstrong sur la Lune en juillet 1969. Cette image, nous l'avons tous dans notre esprit. Pourtant, le programme Apollo fut l'un des derniers à envoyer des hommes dans l'espace pour l'exploration d'astres proches. Pourtant, les programmes spatiaux et les sondes présentées précédemment propose des missions d'exploration pour un avenir proche. Un premier but peut être expliqué : la perspective d'une conquête spatiale dans un avenir plus ou moins lointain.
Constellation des pléiades : vue d'artiste
► Une partie des missions futures consiste à l'exploration des satelites des géantes gazeuses comme Encelade ou Europe. Mais, pourquoi chercher de l'eau très loin alors que nous en avons à disposition sur notre Planète ?
Nous avons étudié la compositon chimique de l'eau et nous avons appris comment elle se formait et se répartissait dans notre système solaire. Partir sur des satellites comme Encelade ou Europe ne sert pas qu'à découvrir l'univers qui nous entoure...
Il faut imaginer que d'ici plusieurs dizaines d'années, l'humanité va poser le pied bien plus loin que sur notre bonne vieille Lune. Avec une échelle de plusieurs siècles, des scénarios peuvent être élaborés et des hypothèses formulées sur les moyens que l'homme aura pour partir aux confins de l'univers. Avec les technologies actuelles, un voyage jusqu'à l'étoile la plus proche est déjà inenvisageable. Il s'agit de Proxima du Centaure qui est à plus de 4,24 années lumières de notre planète. L'année lumière est une unité de distance, c'est la distance que parcourt la lumière pendant 1 an... Autrement dire, Proxima est à un peu plus de 40.000.000.000.000 de kilomètres de la Terre ! (40 mille milliards de kilomètres !)
Proxima Centauri vu par le satellite artificel Hubble
Pour vous donner un ordre d'idée, notre galaxie, qui contient entre 200 et 400 milliards étoiles, possède un diamètre d'environ 100 000 années lumières !! Donc les vacances sur les exoplanètes dans la banlieu de notre galaxie, je suis désolé de vous le dire, mais ce n'est certainement pas pour notre siècle ! (Qui sait...) Mais il y a encore plus d'étoiles à découvrir et de mondes à explorer dans d'autres galaxies...
Notre galaxie vue en coupe
Mais ici encore, la plus proche (la galaxie d'Andromède) est à 2,5 millions d'années lumière... Donc restons dans notre système solaire et parlons des théories les plus probables pour l'avenir de la conquête spatiale.
► Pourquoi cherchons nous de l'eau dans notre système solaire dans le cadre de la conquête spatiale ?
Sur Terre, on ne se pose pas trop de questions ! Une petite faim ? On fouille dans le frigo... Une petite soif ? Un verre d'eau... Besoin d'air ? Pas besoin de chercher longtemps...
Mais dans l'espace, c'est tout à fait autre chose ! Pas d'air, pas de réfrigérateurs ni de supermarchés ! Alors on fait des réserves. Le problème, c'est que les fusées et les missions dans l'espace coûtent extrêmement cher ! C'est pour celà que l'on préfère envoyer des sondes d'ailleurs... Un robot n'a pas besoin d'air, de lit, de nourriture, de toilettes ni d'eau ! L'électricité est fournie par le soleil, donc il est tout à fait autonome. Mais un humain...
Par exemple : pour chaque demi kilos envoyé en orbite autour de la Terre, il faut compter 10 000 dollars. Il faut multiplier ce nombre par dix pour chaque demi kilos envoyé sur la Lune. Et pour Mars ? Un demi-kilo ne coute que 1 000 000 de dollars ! Si vous voulez monter dans une fusée pour aller sur Mars, il vous faudra débourser votre poids en diamants, à peu de choses près... Alors forcément, quand on envoie une sonde, on emmène moins de choses... Donc, moins d'essence au décollage et plus d'économies.
L'eau sert donc en premier lieu à répondre au besoin premier de l'astronaute : rester en vie. Mais cette molécule bien anodine vous cache des secrets qui pourraient bien servir à nos explorateurs du futur !
♦ De l'eau pour respirer ...
Non, vous n'avez pas mal lu ... La molécule d'eau va nous permettre de respirer sans se noyer ! Une molécule d'eau, comme nous l'avons déjà vu, c'est un atome d'oxygène et deux atomes d'hydrogène... Et s'ils se sont combinés ensemble à un moment donné, cela veut dire qu'on peut aussi les séparer. La question est : "Comment ?", la réponse est : l'électrolyse !
Pour séparer notre oxygène de ses deux atomes d'hydrogène, il suffit juste d'électrolyser notre molécule. C'est en faisant passer un courant électrique dans le liquide que l'on sépare les liaisons entre l'oxygène et l'hydrogène, ce qui nécessite de l'énergie. Il a fallu de l'énergie pour former la molécule, il faut donc la même quantité d'énergie électrique pour la "craquer" (c'est le terme scientifique exacte). Le craquage de l'eau nous fait obtenir deux produits : de l'O2 et de l'H2. Voici le bilan de la réaction de décomposition de l'eau avec les produits :
2H2O → 2H2 + O2
Deux molécules d'eau réagissent pour former deux molécules de dihydrogène et une molécule de dioxygène.
Le schéma à droite résume la situation : dans la solution mélangeant de l'eau et une solution électrolytique (qui conduit le courant électrique), on obtient par réaction avec l'électricité nos deux gaz. Nos astronautes ont de quoi respirer !
♦ Et du dihydrogène pour avancer
Nous avons notre air respirable... Mais que faisons-nous du dihydrogène ? Et bien ce dernier peut s'avérer très utile comme carburant. Cette technique est en train d'être développée comme nouvelle alternative aux énergies fossiles pour nos voitures.
A partir d'une étincelle, on peut obtenir deux molécules d'eau et la pression nécessaire pour actionner un piston... Comme avec de l'essence, mais à partir de dihydrogène et de dioxygène ! Voici la réaction :
2H2 + O2 → 2H2O + énergie
Deux dihydrogènes réagissent avec du dihydrogène pour donner deux molécules d'eau et de l'énergie
On peut en conclure qu'il n'y a que des bénéfices à notre moteur thermique à dihydrogène... Si ce n'est que le tout peut exploser si le moteur n'est pas étanche ! En tout cas, on possède ici un système propre qui consomme nos produits de l'électrolyse pour former de l'eau... qui peut à son tour être hydrolysée !
Ce moteur est plutôt efficace : il possède un rendement de 30 à 40%, et il utilise un ressource qui n'est pas fossile et qui ne produit pas de dioxyde de carbone comme notre essence. Le rendement est le ratio entre l'énergie thermique fournit par le carburant et la restitution mécanique due à la poussée de la combustion.
Nous venons de voir comment fonctionnait le moteur pour une voiture. Il n'y a pas encore de projet pour une fusée à l'hydrogène. On peut supposer qu'il sera possible de créer un moteur fusée permettant d'utiliser la combustion du dihydrogène et du dioxygène pour créer une poussée permettant le décollage de la fusée.
Lors de la Seconde Guerre Mondiale, la fusée V2 à été mise au point. Cette arme destructrice avait pour carburant un mélange d'oxygène, d'eau et d'eau oxygénée (H2O2). Il n'y a pas eu d'autre lanceur ou fusée avec le dihydrogène comme carburant depuis...
Mais, un des futurs moyens pour propulser un vaisseau à travers l'espace utiliserait certainement l'hydrogène présent dans le vide interplanétaire, voir interstellaire...
Il s'agit d'un stratoréacteur à fusion nucléaire. Ca à l'air compliqué comme ça, mais le principe reste compréhensible. Nous venons de voir qu'il fallait de l'énergie pour former ou craquer des molécules d'eau. Et bien, c'est avec cette propriété que l'on va pouvoir expliquer la suite.
Le moteur à fusion, pensé par Robert Bussard en 1960, utilise le même fonctionnement que les moteurs à réaction de nos petits avions... Ces derniers sont propulsés grâce à l'injection d'un carburant dans l'air, qui produit une combustion avec l'oxygène, grâce à une étincelle. Le modèle spatiale fonctionnerait avec l'hydrogène présent en très grande quantité dans l'espace (75% de toute la matière de notre univers est de l'hydrogène). Mais, la combustion se ferait avec un champ électromagnétique qui permettrait de créer de la chaleur et de la pression, permettant à l'hydrogène de fusionner. On aurait ainsi le fonctionnement d'une étoile dans un réacteur. Cette technique pourrait permettre d'atteindre 77% de la vitesse de la lumière en un an de fonctionnement et nous permettrait d'atteindre la galaxie d'Andromède en 23 ans. Cette galaxie est située à 2 millions d'années-lumière de la Terre. Mais, cela reste encore de la pure fiction !
♦ L'eau... un bouclier ?
Enfin, l'eau aurait une troisième utilité dans l'espace... Sans atmosphère, tout objet est exposé à la lumière du Soleil. Sa lumière, mais pas seulement... Le Soleil émet aussi des radiations dangereuses pour toute forme de vie. Alors, afin de protéger les astronautes d'un cancer de la peau instantané, on pourrait utiliser l'eau comme bouclier anti-radiations. Comment ? Il suffirait de 40cm d'eau derrière la paroi du vaisseau. Si l'eau protège des radiations, c'est qu'elle possède plus de nucléons par volume pour bloquer les rayons cosmiques que le métal. Le point positif est qu'elle ne devient pas radioactive après une exposition aux rayons et peut donc être potable. Les poches d'eau serviraient de réserve d'eau et de bouclier.
Pour conclure, la confirmation d'une source d'eau au milieu de notre système solaire ou de la galaxie pourrait servir de point de ravitaillement pour des futurs pioniers de l'espace :un ravitaillement en boisson, en carburant, en protection et en air frais.