La NASA produit de l’oxygène lunaire grâce à l’énergie solaire concentrée

L’agence spatiale américaine a validé un prototype capable d’extraire de l’oxygène du sol lunaire simulé en utilisant uniquement l’énergie solaire concentrée. L’avancée technique, réalisée dans le cadre du projet CaRD, pourrait permettre aux futures missions Artemis de produire du carburant sur place et de réduire la dépendance aux approvisionnements terrestres pour l’exploration lunaire durable.

Dans les laboratoires du Johnson Space Center à Houston, une équipe d’ingénieurs vient de franchir un cap déterminant pour l’avenir de l’exploration spatiale. Leur prototype, baptisé CaRD, a démontré sa capacité à extraire de l’oxygène du régolithe lunaire simulé en utilisant exclusivement l’énergie solaire concentrée. La réussite technique ouvre la voie à une production autonome de ressources vitales directement sur la surface lunaire, réduisant ainsi la nécessité de transporter depuis la Terre l’oxygène nécessaire à la respiration des astronautes et à la propulsion des véhicules.

Le principe de la réduction carbothermique solaire

Le système repose sur un processus chimique connu sous le nom de réduction carbothermique. La lumière solaire, concentrée par des miroirs de précision développés par Composite Mirror Applications, est focalisée sur le sol lunaire simulé placé dans un réacteur spécial conçu par Sierra Space. L’intense chaleur générée, pouvant atteindre 1 800 degrés Celsius, déclenche une réaction chimique qui libère l’oxygène contenu dans les oxydes métalliques du régolithe. Le monoxyde de carbone produit lors de cette réaction constitue un sous-produit qui pourrait également être valorisé.

Leur approche présente plusieurs avantages décisifs. Elle utilise deux ressources abondantes sur la Lune : le régolithe qui recouvre sa surface et le rayonnement solaire. Contrairement aux méthodes nécessitant l’apport de réactifs chimiques depuis la Terre, le système CaRD fonctionne en circuit quasi-fermé. « Cette technologie a le potentiel de produire plusieurs fois son propre poids en oxygène par an à la surface lunaire », souligne Aaron Paz, ingénieur principal à la NASA et chef de projet CaRD au Johnson Space Center.

Une collaboration technique d’envergure

Le développement de ce prototype résulte d’une synergie entre plusieurs centres d’expertise de la NASA et de partenaires industriels. Le Glenn Research Center à Cleveland a conçu le concentrateur solaire, tandis que Sierra Space a développé le réacteur de production d’oxygène par carbothermie. Le Kennedy Space Center en Floride a apporté son savoir-faire en avionique, en logiciels et en systèmes d’analyse des gaz. La répartition des compétences montre bien la complexité technique d’un système qui doit fonctionner de manière fiable dans l’environnement hostile de la Lune, où les températures varient de moins 50°C à -100°C à des valeurs extrêmement élevées.

Les tests ont progressé par étapes successives. En 2023, des scientifiques ont extrait pour la première fois de l’oxygène à partir de sol lunaire simulé dans un environnement sous vide en utilisant un laser de haute puissance pour simuler la chaleur solaire. La démonstration a permis d’atteindre le niveau de maturité technologique six, indiquant un prototype entièrement fonctionnel prêt pour des essais spatiaux. En 2024, Sierra Space a annoncé que son réacteur avait terminé les essais thermiques sous vide au Johnson Space Center, réalisant la première extraction automatisée d’oxygène dans des conditions lunaires simulées.

Quelles angles pour l’exploration lunaire et martienne

L’avancée technique s’inscrit dans le cadre plus large du programme Artemis de la NASA, qui prévoit un survol habité (flyby/orbite lunaire) sans atterrissage sur la surface de la lune dès 2026 avec la mission Artemis II. La production in situ de ressources constitue un élément clé pour établir une présence humaine durable sur notre satellite naturel. La capacité à générer localement de l’oxygène et du carburant réduirait considérablement la masse à transporter depuis la Terre, abaissant ainsi les coûts et augmentant la fréquence des missions.

Au-delà de la Lune, la technologie développée dans le cadre du projet CaRD pourrait trouver des applications sur Mars. Le principe de conversion du dioxyde de carbone en oxygène et en méthane présente un intérêt particulier pour l’exploration de la planète rouge, dont l’atmosphère est principalement composée de CO2. L’adaptation permettrait aux futurs explorateurs martiens de produire à la fois l’air qu’ils respirent et le carburant nécessaire à leur retour vers la Terre.

La réussite des tests du prototype CaRD marque ainsi une étape significative vers l’autonomie des missions spatiales habitées. En démontrant la faisabilité technique de l’extraction d’oxygène lunaire par énergie solaire, la NASA ouvre la voie à une nouvelle ère de l’exploration spatiale, où les ressources locales deviendront le moteur de l’expansion humaine dans le système solaire. L’approche pragmatique, fondée sur l’utilisation des matériaux disponibles sur place, pourrait transformer la manière dont nous concevons les missions de longue durée au-delà de l’orbite terrestre.

Source : NASA