Des chercheurs de l’Université de l’État de Washington sont pionniers dans la découverte de solvants liquides essentiels à l’extraction des matériaux de construction des sols lunaires et martiens. Cette avancée est vitale pour la construction des structures et des outils nécessaires à l’exploration spatiale à long terme. En utilisant l’apprentissage automatique et la modélisation informatique, l’équipe a identifié des liquides ioniques potentiels capables d’extraire de manière efficace et écologiquement durable les éléments essentiels pour les applications d’impression 3D dans l’espace. Cette initiative fait partie de la mission Artemis de la NASA et représente une étape importante vers la réduction de la dépendance à l’égard de la Terre pour les matériaux de construction des missions spatiales. Crédit : Issues.fr
Les chercheurs ont lancé le processus d’identification de solvants liquides qui pourraient potentiellement être utilisés pour extraire des matériaux de construction essentiels de la poussière des roches lunaires et martiennes. Ce développement est un élément crucial pour permettre l’exploration spatiale à long terme.
En utilisant apprentissage automatique et la modélisation informatique, les chercheurs de l’Université de l’État de Washington ont trouvé environ une demi-douzaine de bons candidats pour les solvants capables d’extraire des matériaux sur la Lune et Mars utilisable en impression 3D. Les travaux, rapportés dans le Journal de chimie physique Best dirigé par Soumik Banerjee, professeur agrégé à l’École de génie mécanique et des matériaux de la WSU.
Découverte de solvants potentiels
Les solvants puissants, appelés liquides ioniques, sont des sels à l’état liquide.
« Le travail d’apprentissage automatique nous a fait passer du niveau de 20 000 pieds au niveau de 1 000 pieds », a déclaré Banerjee. « Nous avons pu sélectionner très rapidement un grand nombre de liquides ioniques, et nous avons ensuite pu également comprendre scientifiquement les facteurs les plus importants qui déterminent si un solvant est capable de dissoudre le matériau ou non. »
Préoccupations environnementales et d’efficacité
Dans le cadre de sa mission Artémis, NASA, qui a financé les travaux de Banerjee, veut renvoyer les humains sur la Lune, puis dans un espace plus profond, vers Mars et au-delà. Mais pour rendre possibles de telles missions à long terme, les astronautes devront 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 un enjeu majeur pour la NASA au cours des deux prochaines décennies », a déclaré Banerjee. « Sinon, nous aurions besoin d’une charge utile terriblement élevée de matériaux à transporter depuis la Terre. »
L’acquisition de ces matériaux de construction doit se faire d’une manière respectueuse de l’environnement et économe en énergie. La méthode d’extraction des éléments ne peut pas non plus utiliser de l’eau, qui n’est pas disponible sur la Lune.
Les liquides ioniques, que le groupe de Banerjee étudie depuis plus d’une décennie pour être utilisés dans les batteries, pourraient être la réponse.
Cependant, tester chaque candidat liquide ionique dans un laboratoire est coûteux et prend du temps. Les chercheurs ont donc utilisé l’apprentissage automatique et la modélisation au niveau des atomes pour sélectionner des centaines de milliers de candidats. Ils recherchaient 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 maintenir la vie.
Affiner la sélection des solvants
En identifiant les qualités supérieures dont les solvants auront besoin, les chercheurs ont pu trouver environ une demi-douzaine de candidats très performants. Les facteurs importants de succès comprenaient la taille des ions moléculaires qui composent les sels, leur densité de charge superficielle, 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 le cadre d’une étude distincte, les chercheurs ont testé quelques liquides ioniques en laboratoire pour déterminer leur capacité à dissoudre des composés. Ils espèrent éventuellement 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.
L’étude a été financée par le siège de la NASA.
