Vue latérale de l'ensemble du système, porté comme un sac à dos. Crédit : Karen Morales
Le nouveau système de filtration d'urine pour combinaison spatiale des chercheurs de Cornell recycle l'urine des astronautes en eau potable, dans le but d'améliorer le confort et l'efficacité sur la future Lune et Mars missions.
Actuellement, les astronautes doivent se soulager à l'intérieur de leur combinaison spatiale lors des sorties dans l'espace. Cette pratique est non seulement inconfortable et peu hygiénique, mais aussi source de gaspillage. Contrairement au système de gestion des eaux usées de l'ISS, Station spatiale internationale (ISS), l'eau des urines lors des sorties dans l'espace n'est pas recyclée.
Des chercheurs de l'université Cornell tentent de résoudre ce problème en créant un nouveau système de collecte et de filtration de l'urine inspiré des « distillateurs » de la franchise de science-fiction Dune. À l'instar de ces « distillateurs », leur prototype absorbe et purifie l'urine, puis la recycle en eau potable.
Sofia Etlin, chercheuse à Weill Cornell Medicine et à l'université Cornell et première auteure de l'étude, a expliqué : « La conception comprend un cathéter externe à vide qui mène à une unité combinée d'osmose directe et inverse, fournissant un approvisionnement continu en eau potable avec de multiples mécanismes de sécurité pour assurer le bien-être des astronautes. »
Ce nouveau design a été récemment publié dans Les frontières des technologies spatiales.
Récipients de collecte d'urine pour le vêtement à absorption maximale pour hommes. Crédit : Luca Bielski
Missions futures et défis actuels
En 2025 et 2026, NASA La NASA prévoit les missions Artemis II et III, au cours desquelles un équipage effectuera un tour en orbite autour de la Lune et atterrira sur son pôle Sud, respectivement. Ces missions devraient être suivies par des missions habitées vers Mars d'ici le début des années 2030. Cependant, les astronautes se plaignent depuis longtemps du manque de confort et d'hygiène du vêtement à absorption maximale (MAG) existant – le système de gestion des déchets des combinaisons spatiales traditionnelles de la NASA – utilisé depuis la fin des années 1970 – qui fonctionne comme une couche pour adulte multicouche en polymère superabsorbant.
Vue arrière de l'ensemble du système, porté comme un sac à dos. Crédit : Karen Morales
De nouvelles solutions pour de vieux problèmes
« Le MAG aurait fui et provoqué des problèmes de santé tels que des infections urinaires et des troubles gastro-intestinaux. De plus, les astronautes n’ont actuellement qu’un litre d’eau à disposition dans leur sac à eau intégré à leur combinaison. Cela est insuffisant pour les sorties extravéhiculaires lunaires prévues et plus longues, qui peuvent durer dix heures, voire jusqu’à 24 heures en cas d’urgence », a déclaré Etlin.
Les astronautes ont également demandé que le temps nécessaire pour remplir et dégazer les sacs de boissons à l'intérieur des combinaisons spatiales soit réduit dans les futures combinaisons spatiales et qu'un approvisionnement séparé de boissons énergisantes sans caféine soit ajouté.
Prototype de vêtement de collecte d'urine. Crédit : Claire Walter
Conception innovante pour la collecte d'urine
Avec tous ces objectifs en tête, Etlin et ses collègues ont conçu un dispositif de collecte d'urine, comprenant un sous-vêtement composé de plusieurs couches de tissu flexible. Celui-ci est relié à une coupelle de collecte (de forme et de taille différentes pour les femmes et les hommes) en silicone moulé, pour s'adapter autour des organes génitaux.
La face interne du récipient de collecte est doublée de microfibre de polyester ou d'un mélange de nylon et d'élasthanne, pour évacuer l'urine du corps vers la face interne du récipient, d'où elle est aspirée par une pompe à vide. Une étiquette RFID, liée à un hydrogel absorbant, réagit à l'humidité en activant la pompe.
Une fois collectée, l'urine est acheminée vers le système de filtration urinaire, où elle est recyclée avec une efficacité de 87 % grâce à un système intégré de filtration par osmose directe et inverse en deux étapes. Ce système utilise un gradient de concentration pour éliminer l'eau de l'urine, ainsi qu'une pompe pour séparer l'eau du sel. L'eau purifiée est ensuite enrichie en électrolytes et pompée dans le sac à boisson intégré à la combinaison, à nouveau disponible pour la consommation. La collecte et la purification de 500 ml d'urine ne prennent que cinq minutes.
Test et mise en œuvre du nouveau système
Le système, qui intègre des pompes de contrôle, des capteurs et un écran à cristaux liquides, est alimenté par une batterie de 20,5 V d'une capacité de 40 ampères-heures. Sa taille totale est de 38 x 23 x 23 cm, pour un poids d'environ huit kilogrammes : suffisamment compact et léger pour être transporté sur le dos d'une combinaison spatiale.
Maintenant que le prototype est disponible, la nouvelle conception peut être testée dans des conditions simulées, puis lors de véritables sorties dans l'espace.
« Notre système peut être testé dans des conditions de microgravité simulées, car la microgravité est le principal facteur spatial dont nous devons tenir compte. Ces tests garantiront la fonctionnalité et la sécurité du système avant son déploiement dans des missions spatiales réelles », a conclu le Dr Christopher E Mason, professeur au même institut qu'Etlin et auteur principal de l'étude.
