Comment respirent les astronautes?

Le 12 avril 1961, le cosmonaute russe Youri Gagarine est devenu le premier humain à aller dans l’espace lorsqu’il s’est mis en orbite autour de la Terre à bord du vaisseau spatial Vostok 1. Depuis lors, plus de 500 personnes se sont envolées hors de l’atmosphère terrestre, et plus de 230 d’entre elles sont allées visiter la Station spatiale internationale (ISS).

Le but premier de l’ISS est d’accueillir des expériences scientifiques. Son laboratoire est occupé en permanence depuis novembre 2000, généralement avec trois à six personnes à bord. Elle fonce dans l’espace à 17 500 mph, à 250 miles au-dessus de la Terre, ce qui permet aux scientifiques de réaliser des expériences vraiment uniques.

Plusieurs de ces tests portent sur les astronautes eux-mêmes, afin de déterminer l’impact de la vie dans l’espace sur le corps humain. Certains sont conçus pour utiliser le caractère unique de la microgravité du laboratoire sur des expériences non pertinentes pour l’espace, comme la croissance des cristaux. Mais d’autres font partie intégrante du voyage spatial lui-même : l’exploration de nouvelles technologies à utiliser sur l’ISS et lors de futures missions spatiales habitées plus longues, vers Mars par exemple.

Boire du pipi

La vie à bord de l’ISS est conçue pour être aussi frugale que possible, le recyclage de l’eau est donc essentiel. ‘Nous recueillons l’urine de l’équipage et la traitons par un processus de distillation appelé distillation par compression de vapeur’, explique Laura Shaw, ingénieur des systèmes de survie au Johnson Space Center de la NASA à Houston, au Texas. Ce système utilise une pompe à vide qui aspire l’air, ce qui fait baisser la pression et donc le point d’ébullition de l’eau à l’intérieur. Aucune source de chaleur n’est nécessaire pour évaporer l’eau et la séparer des sels d’urine.

Ce distillat est ensuite combiné à l’eau recueillie dans l’air à l’intérieur de l’ISS. ‘Nous recueillons le condensat d’humidité provenant de la respiration de l’équipage et de sa sueur’, explique Laura. L’eau est ensuite nettoyée pour la rendre potable. ‘Nous utilisons un système de filtres et un oxydateur catalytique pour transformer cette eau en eau potable.’

« En règle générale, il faut quelques jours pour qu’une molécule d’eau suive tout le chemin de l’eau potable à l’eau potable à nouveau », explique Laura. Actuellement, ils perdent environ 10% des molécules d’eau à chaque fois qu’ils passent par cette boucle. En prévision d’un voyage habité vers Mars, où le réapprovisionnement sera encore plus ardu et coûteux, l’équipe de Laura vise à réduire ce chiffre à seulement 2 %.

La technologie en cours de développement permettra d’extraire une plus grande quantité d’eau de la saumure boueuse remplie d’urine et de sel qui reste après la distillation de l’urine. Il y a encore du liquide dans la saumure et nous voulons l’extraire pour améliorer notre taux de récupération », explique Laura. Son équipe espère tester sa nouvelle installation sur l’ISS au début de 2020.

Respirer de l’air frais

L’eau est également utilisée à bord de l’ISS pour produire de l’oxygène. ‘Nous électrolysons l’eau pour la séparer en hydrogène et en oxygène’, explique Laura. L’oxygène est rejeté dans l’atmosphère pour que l’équipage puisse le respirer ». L’hydrogène est ensuite combiné à un autre déchet, le dioxyde de carbone expiré par l’équipage, pour produire du méthane et de l’eau. C’est ce qu’on appelle la réaction de Sabatier. ‘L’eau est réutilisée et le méthane est actuellement évacué par-dessus bord’, explique Laura.

L’équipe de la NASA développe également un moyen de craquer le méthane pour produire davantage d’hydrogène. ‘Si nous avions plus d’hydrogène, nous pourrions être plus efficaces sur ce processus Sabatier et produire plus d’eau, que nous pourrions ensuite transformer en plus d’oxygène. Nous devrions donc réapprovisionner moins d’eau pour ce processus’, explique-t-elle.

Aller plus loin

Mais l’ISS n’est qu’un début. D’autres systèmes de soutien pour des missions habitées plus longues en sont aux premiers stades de développement, explique David Hornyak, le collègue de Laura à la NASA. Par exemple, la NASA s’est fixé comme priorité d’améliorer l’aspiration du dioxyde de carbone dans l’air afin d’améliorer la qualité de l’air. Il y a quelques années, nous avons mené une expérience qui nous a permis d’évaluer l’efficacité de différents absorbants », explique David. L’espoir est de découvrir des matériaux plus absorbants et donc plus efficaces. Des capteurs de nouvelle génération sont également en cours de conception, pour améliorer la surveillance de la qualité de l’air et de l’eau à bord des stations spatiales, ce qui éliminera la nécessité de renvoyer des échantillons sur Terre, et permettra de mieux suivre la quantité de radiations à laquelle l’équipage est exposé.

Et ces améliorations suivent un calendrier assez serré. La NASA vise actuellement à envoyer une mission habitée en orbite autour de Mars en 2033 ; elle sera suivie d’un voyage d’atterrissage. Le président Trump les a exhortés à avancer ce calendrier. La Chine et la Russie ont également déclaré qu’elles prévoyaient d’envoyer des personnes sur Mars, tout comme l’Agence spatiale européenne. De même, la société spatiale privée SpaceX a également les yeux rivés sur une visite de notre voisine planétaire, affirmant qu’elle enverra un équipage en 2024. Les scientifiques devront se dépêcher de mettre en place tous leurs systèmes avant le décollage, mais on peut supposer qu’il n’y a rien de tel que plusieurs agences spatiales impatientes qui regardent par-dessus votre épaule pour accélérer les choses.

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