Et si les futurs habitants de Mars fabriquaient leur carburant avec l’air qui les entoure ? Des chercheurs chinois ont mis au point un catalyseur pour y parvenir à très long terme.
Si la course à la Lune occupe aujourd’hui le devant de la scène, c’est aussi la conquête de Mars qui se joue en toile de fond. Et la Chine y pense évidemment sérieusement. Elle est devenue en 2021 le seul pays, avec les États-Unis, à avoir posé un engin sur la planète rouge.
Sa prochaine étape s’appelle Tianwen-3. Prévue vers 2028, cette mission doit rapporter au moins 500 grammes d’échantillons martiens sur Terre vers 2031, ce qui constituerait une première mondiale. Mais pour un jour envoyer des humains sur notre voisine, encore faudra-t-il qu’ils puissent y vivre. Et justement, des chercheurs du Deep Space Exploration Laboratory, un laboratoire public chinois, ont publié une étude fascinante dans le Journal of Deep Space Exploration pour y parvenir.
Exploiter le CO2, abondant sur Mars
C’est une problématique bien connue : acheminer des tonnes de carburant depuis la Terre coûterait une fortune et relève d’un défi extrêmement complexe. La solution privilégiée serait donc d’en produire sur place. Or, Mars dispose d’une ressource abondante puisque son atmosphère est composée à plus de 95 % de dioxyde de carbone (CO2). Les scientifiques chinois ont donc imaginé un moyen de l’exploiter en associant ce gaz à de l’hydrogène, qui pourrait provenir de la glace d’eau martienne, pour obtenir du méthanol.
Un choix qui peut poser question quand on sait que la NASA et SpaceX comptent, pour leur part, produire du méthane à partir du CO2 martien. Problème, ce dernier doit être maintenu à -161 degrés Celsius pour rester liquide, ce qui exige des systèmes de refroidissement complexes. Le méthanol, lui, reste liquide à température ambiante.
Mais pour que cette réaction soit efficace, elle a besoin d’un petit coup de pouce : un catalyseur, c’est-à-dire une substance qui l’accélère sans être consommée. Les chercheurs ont ainsi mis au point MOF-808-NaCu, et il repose sur une sorte d’éponge cristalline, un matériau poreux. Ils y ont placé du cuivre et du sodium côte à côte et ont obtenu un résultat très prometteur. Tandis que le sodium joue le rôle d’un aimant en attirant les molécules de CO2 et les retenant près du cuivre, celui-ci peut alors déclencher la réaction avec l’hydrogène.
Des résultats très encourageants
Ainsi, chaque kilo de catalyseur a produit environ 245 grammes de méthanol par heure, soit 11 fois plus qu’avec du cuivre seul. Le procédé génère aussi moins de sous-produits indésirables, et il est resté stable pendant 12 heures d’essai. À terme, ce carburant pourrait alimenter une base en électricité, la chauffer ou faire rouler des rovers. Il servirait aussi de matière première pour fabriquer de l’antigel ou des matériaux de construction.
Pour rappel, entre 2021 et 2023, MOXIE, un appareil de la taille d’un grille-pain embarqué sur le rover Perseverance de la NASA, a fabriqué de l’oxygène à partir de l’air martien. Le catalyseur chinois prolonge cette logique avec un autre produit au bout de la chaîne.
Bien sûr, le chemin est encore très long pour imaginer une usine de méthanol sur la planète rouge. Car il faudra aussi capter et comprimer l’atmosphère martienne, très ténue, avec des compresseurs légers, puis extraire l’hydrogène de la glace. Les auteurs de l’étude jugent eux-mêmes la production sur place faisable » dans une certaine mesure ». Mais ils nous permettent d’entrevoir leurs grandes ambitions.
Sources : Interesting Engineering, South China Morning Post
Un catalyseur est une substance qui accélère une réaction chimique sans être consommée, en abaissant l’énergie nécessaire pour que la réaction démarre. Dans la conversion du CO2 avec de l’hydrogène vers du méthanol, la réaction est naturellement lente et peut générer plusieurs produits concurrents (CO, méthane, eau, etc.) si elle est mal « guidée ». Le catalyseur sert à la fois à améliorer la vitesse de production et à orienter la réaction vers le produit désiré. Il doit aussi rester stable malgré la chaleur, les impuretés et les cycles de fonctionnement, sinon ses performances chutent rapidement.
Un MOF est un matériau cristallin composé de nœuds métalliques reliés par des molécules organiques, formant un réseau extrêmement poreux. Cette porosité offre une très grande surface interne, ce qui permet d’adsorber (retenir en surface) beaucoup de molécules comme le CO2. En jouant sur la chimie des pores, on peut rendre le matériau plus sélectif et plus « accrocheur » pour certains gaz, ce qui concentre localement le CO2 près des sites actifs. Dans un catalyseur, le MOF sert souvent de support structuré qui amène les réactifs au bon endroit et facilite leur rencontre. L’enjeu est de conserver cette structure dans des conditions réalistes (température, pression, humidité) sans dégradation.
Mettre deux éléments côte à côte permet de créer une coopération de sites chimiques complémentaires, souvent appelée effet synergique. Le sodium peut augmenter l’affinité du matériau pour le CO2 en favorisant son adsorption et sa concentration près de la zone catalytique. Le cuivre, lui, est connu pour activer certaines étapes clés des réactions d’hydrogénation, c’est-à-dire l’ajout d’hydrogène sur des molécules carbonées. Le fait de rapprocher physiquement les deux fonctions peut réduire les réactions parasites et améliorer la sélectivité vers le méthanol. La performance ne dépend pas seulement des éléments choisis, mais aussi de leur dispersion, de leur distance et de l’environnement chimique offert par le support poreux.
