Un petit appareil de la taille d’un four à micro-ondes, installé à bord du rover Perseverance, a marqué l’histoire en extrayant avec succès de l’oxygène de l’atmosphère martienne riche en dioxyde de carbone, fournissant ainsi la première preuve physique de production d’une ressource consommable sur une autre planète.
L’expérience MOXIE et la première production d’oxygène sur Mars
Le 20 avril 2021, un second équipement embarqué à bord de la mission Perseverance a réalisé une première historique et silencieuse. Aucun élément ne s’est envolé du sol et aucune caméra n’a capté l’instant de manière spectaculaire. La machine, entièrement boulonnée à l’intérieur du châssis du rover, est d’abord passée par une phase de réchauffement de deux heures avant d’aspirer l’air martien.
En l’espace d’une heure, l’instrument MOXIE a produit environ 5,4 grammes d’oxygène. Cette quantité équivaut à peine à ce qu’un astronaute respire en dix minutes d’activité normale. Pourtant, ce volume minime a bouleversé la nature des démonstrations d’exploration spatiale. Pour la première fois, un équipement a collecté de la matière dans l’environnement d’une autre planète pour la transformer sur place en une substance directement utilisable par l’humain.
L’opération s’est déroulée lors du soixantième jour martien, ou sol, de la mission. Perseverance venait de se poser dans le cratère Jezero le 18 février 2021, après avoir traversé le vide spatial pendant sept mois et surmonté la phase délicate d’entrée atmosphérique et d’atterrissage. Le nom complet de l’appareil désigne l’expérience Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment. Le principe d’utilisation in situ
repose sur l’exploitation des éléments trouvés directement sur place, dans ce cas précis le dioxyde de carbone traversant l’atmosphère de la planète.
Les choix techniques derrière le fonctionnement de l’instrument
Les dimensions physiques de l’appareil ont souvent varié dans les communications de l’agence spatiale, passant de la taille d’un grille-pain lors de l’annonce initiale à celle d’une batterie de voiture, pour se stabiliser autour du format d’un four à micro-ondes. Les ingénieurs de la NASA décrivent un bloc mesurant 23,9 sur 23,9 et 30,9 centimètres, pour une masse terrestre de 17,1 kilogrammes.
Malgré des proportions réduites, la machinerie interne présentait une grande complexité. L’atmosphère de Mars fournit du dioxyde de carbone en abondance, représentant approximativement 96 pour cent des gaz environnants, mais cette couche reste extrêmement ténue. Une pompe a donc dû aspirer ce gaz raréfié à travers un filtre destiné à le protéger de la poussière, avant qu’un compresseur n’en élève la pression.
Le gaz traversait ensuite un composant d’électrolyse à oxyde solide, abrégé sous le sigle SOXE. Porté à environ 800 degrés Celsius, ce système séparait électrochimiquement un atome d’oxygène de chaque molécule de dioxyde de carbone. Les atomes d’oxygène se recombinaient pour former du dioxyde de moleculaire, tandis que le monoxyde de carbone s’échappait sous forme de gaz résiduel. Un tel niveau de chaleur à proximité immédiate des instruments du rover exigeait une isolation thermique rigoureuse, obtenue grâce à des alliages de nickel imprimés en 3D, de l’aérogel et un revêtement doré capable de réfléchir les infrarouges.
Bilan de la mission et perspectives pour l’exploration humaine
L’oxygène produit n’a pas été stocké dans des réservoirs de fusée ou injecté dans un circuit de survie, mais a été rejeté dans l’atmosphère martienne après les mesures de vérification. Néanmoins, l’impact de la technologie dépasse largement son volume immédiat.
Le chercheur principal a également souligné que cette réussite démontrait la volonté de l’agence de financer des technologies novatrices destinées aux ressources spatiales. Pour la suite, l’équipe ne prévoit pas de développer une version directement numérotée 2.0 de l’instrument. La prochaine étape logique consisterait plutôt à concevoir un système complet à l’échelle industrielle, associant un générateur d’oxygène similaire à un dispositif de liquéfaction et de stockage.
L’expérimentation de MOXIE s’inscrit dans un ensemble de priorités menées par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA, qui gère le rover Perseverance pour le compte de l’institution américaine. Alors que la mission principale poursuit l’analyse géologique et la recherche de traces de vie microbienne ancienne, les données récoltées préparent activement les futures missions habitées vers la planète rouge dans le cadre global du programme d’exploration lunaire et martien.