Des solvants liquides pour convertir la poussière de roche en matériaux de construction

Des chercheurs explorent des solvants liquides pour extraire des matériaux de construction à partir de la poussière de roche lunaire et martienne

Afin de rendre les voyages spatiaux à long terme possibles, des chercheurs ont commencé à explorer des solvants liquides qui pourraient un jour aider à extraire des matériaux de construction essentiels à partir de la poussière de roche lunaire et martienne.

En utilisant l’apprentissage automatique et la modélisation computationnelle, des chercheurs de l’Université d’État de Washington ont identifié une demi-douzaine de bons candidats pour des solvants capables d’extraire des matériaux utilisables dans l’impression 3D sur la Lune et Mars. Les résultats de cette recherche, dirigée par Soumik Banerjee, professeur associé à l’École de génie mécanique et de matériaux de l’Université d’État de Washington, ont été publiés dans le Journal of Physical Chemistry B.

Les solvants puissants, appelés liquides ioniques, sont des sels à l’état liquide.

« Le travail d’apprentissage automatique nous a permis de passer du niveau de 20 000 pieds au niveau de 1 000 pieds », a déclaré Soumik Banerjee. « Nous avons pu sélectionner rapidement un grand nombre de liquides ioniques, puis comprendre scientifiquement les facteurs les plus importants qui déterminent si un solvant est capable de dissoudre le matériau ou non. »

La mission Artemis ( NASA ) et l’utilisation des ressources in situ

. Pour rendre de telles missions à long terme possibles, les astronautes devront toutefois utiliser les matériaux et les ressources de ces environnements extraterrestres, en utilisant l’impression 3D pour fabriquer des structures, des outils ou des pièces à partir d’éléments essentiels extraits du sol lunaire ou martien.

« L’utilisation des ressources in situ sera très importante pour la NASA au cours des prochaines décennies. Sinon, nous aurions besoin d’une charge utile extrêmement élevée de matériaux à transporter depuis la Terre » a ajouté Soumik Banerjee.

Les liquides ioniques comme solution potentielle

L’acquisition de ces matériaux de construction doit se faire de manière écologique et économe en énergie. La méthode d’extraction des éléments ne peut pas utiliser d’eau, qui n’est pas disponible sur la Lune. Les liquides ioniques, que le groupe de Banerjee étudie depuis plus d’une décennie pour une utilisation dans les batteries, pourraient être la réponse.

Tester chaque candidat liquide ionique en laboratoire est coûteux et prend du temps, les chercheurs ont donc utilisé l’apprentissage automatique et la modélisation au niveau des atomes pour réduire le nombre de candidats de centaines de milliers. Ils ont recherché ceux qui pourraient digérer les matériaux lunaires et martiens, extraire des éléments importants tels que l’aluminium, le magnésium et le fer, se régénérer et peut-être produire de l’oxygène ou de l’eau comme sous-produit pour aider à fournir un support de vie.

Identification de solvants candidats prometteurs

En identifiant les qualités supérieures que les solvants devront posséder, les chercheurs ont pu trouver environ une demi-douzaine de candidats très forts. Les facteurs importants pour le succès comprenaient la taille des ions moléculaires qui composent les sels, sa densité de charge de surface, qui est la charge par unité de surface des ions, et la mobilité des ions dans les liquides.

En collaboration avec des chercheurs de l’Université du Colorado dans une étude séparée, les chercheurs ont testé quelques liquides ioniques en laboratoire pour leur capacité à dissoudre des composés. Ils espèrent finalement construire un réacteur à l’échelle du laboratoire ou à l’échelle pilote et tester de bons solvants candidats avec des matériaux de type régolithe lunaire.

En synthèse

Les travaux de recherche menés par l’équipe de l’Université d’État de Washington ouvrent des perspectives prometteuses pour l’exploration spatiale à long terme. L’utilisation de liquides ioniques comme solvants pour extraire des matériaux de construction essentiels à partir de la poussière de roche lunaire et martienne pourrait être une solution viable pour soutenir la vie humaine lors de missions spatiales prolongées.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un liquide ionique ?

Un liquide ionique est un sel à l’état liquide. Ces solvants puissants sont étudiés pour leur potentiel à dissoudre des matériaux lunaires et martiens.

Pourquoi les liquides ioniques sont-ils importants pour l’exploration spatiale ?

Les liquides ioniques pourraient permettre d’extraire des matériaux de construction essentiels à partir de la poussière de roche lunaire et martienne, ce qui est crucial pour soutenir la vie humaine lors de missions spatiales prolongées.

Qu’est-ce que la mission Artemis de la NASA ?

La mission Artemis de la NASA vise à renvoyer des humains sur la Lune, puis à les envoyer dans l’espace profond vers Mars et au-delà.

Quels sont les défis de l’extraction de matériaux sur la Lune et Mars ?

L’extraction de matériaux sur la Lune et Mars doit être réalisée de manière écologique et économe en énergie, et ne peut pas utiliser d’eau, qui n’est pas disponible sur la Lune.

Quels sont les prochains pas pour cette recherche ?

Les chercheurs espèrent tester les solvants candidats avec des matériaux de type régolithe lunaire dans un réacteur à l’échelle du laboratoire ou à l’échelle pilote.

Références

Banerjee, S. et al. (2024). Exploration of Ionic Liquids for Extracting Building Materials from Lunar and Martian Rock Dust. Journal of Physical Chemistry B. S0167732223011182