Un robot avec une IA chimiste sera-t-il la solution ?

La colonisation de la planète Mars par des humains est un objectif plus si lointain. Des rovers sillonnent déjà la planète rouge et apportent de précieuses informations, des orbiteurs gardent l'oeil rivé sur la surface et SpaceX prépare une fusée Starship qui pourrait assurer le voyage Terre-Mars et inversement.

Mais pour demeurer à la surface de Mars, il faudra disposer de certaines ressources, dont de l'oxygène pour respirer ou servir de carburant aux fusées retournant en orbite martienne.

Une possibilité est d'amener de grandes quantités d'oxygène depuis la Terre mais l'opération s'annonce risquée et très coûteuse. D'où l'idée d'essayer de produire de l'oxygène directement sur Mars à partir des composants de la planète, dans son atmosphère comme dans son sol.

L'expérience MOXIE menée par le rover Perseverance a permis de démontrer qu'il est possible de produire de l'oxygène à partir du CO2 gazeux contenu dans l'atmosphère de Mars.

Produire les catalyseurs chimiques sur place

L'expérience est directe et concrète mais réalisée à partir d'un petit démonstrateur. Il reste à voir comment elle est déclinable à beaucoup plus grande échelle pour produire des quantités d'O2 suffisantes pour la survie de plusieurs astronautes.

D'autres pistes sont à l'étude et l'une d'entre elle fait intervenir un robot alimenté par une intelligence artificielle spécialisée en chimie pouvant transformer de l'oxygène à partir de l'eau martienne piégée dans la croûte ou apportée par les glaces du côté des pôles.

La technique vient de Chine et a été publiée dans Nature Synthesis. Elle se propose d'extraire de l'eau de la roche martienne et décomposer pour donner des atomes d'oxygène combinés ensuite en gaz oxygène O2.

Pour fonctionner la réaction peut utiliser l'énergie solaire mais elle a aussi besoin de catalyseurs et l'étude s'est intéressée à la possibilité de produire ces catalyseurs sur place, là encore pour éviter d'avoir à les amener depuis la Terre.

Pour ce faire, l'équipe de chercheurs de l'Université de Science et Technologie de Heifei a utilisé un robot spécialisé et d'une intelligence artificielle qui teste différentes combinaisons de matière martienne pour produire les catalyseurs.

La technique s'apparente au screening utilisé dans l'industrie pharmaceutique pour tester de nombreuses variations de réactions chimiques afin de déterminer celles qui peuvent donner un composant qui méritera d'être étudié plus précisément et qui donnera peut-être un futur médicament.

Produire de l'oxygène mais pas seulement

La technique permet de tester un très grand nombre de combinaisons chimiques simultanément et de gagner un temps considérable. Dans le cas présent, aucune intervention humaine n'est requise, le robot et son IA des diverses étapes.

Pour tester concrètement cette solution entraîner l'IA, l'équipe de chercheurs a utilisé des fragments de météorites provenant de Mars sur lesquels ont été pratiquées les différentes étapes : analyse de la composition, pesage, traitement de décomposition de l'échantillon, récupération des éléments séparés...

La production d'oxygène sur Mars pourra-t-elle être rendue autonome ?

Les composants d'hydroxydes métalliques obtenus ont ensuite été testés pour des réactions de production d'oxygène dans les conditions de l'atmosphère martienne et les résultats ont été comparés entre eux afin de déterminer quel type de roche martienne fournit le meilleur catalyseur et avec le meilleur rendement.

L'auteur principal de l'étude estime qu'il est possible de produire jusqu'à 60 grammes d'oxygène par heure par mètre carré de sol martien. En fonctionnant en continu plusieurs années durant, cela pourrait faire une belle réserve.

Le procédé démontre ainsi qu'il sera possible d'extraire des catalyseurs directement du sol martien et de réaliser les réactions de production d'oxygène sur place. Mais comme pour MOXIE, il faudra réussir à passer du stade de démonstrateur expérimental à celui de système de production fiable à grande échelle.

Les responsables de l'expérience MOXIE estiment pour leur part pouvoir franchir cette étape de mise à l'échelle pour créer des systèmes capables de produire de 2 à 3 Kg d'oxygène par heure à partir du CO2 contenu dans l'atmosphère martienne.

L'intérêt ici serait que ce type de machine pourrait être envoyé sur Mars bien avant que les humains ne viennent coloniser la planète et produire des réserves d'oxygène en amont de leur venue, mais aussi d'autres éléments pouvant être utilisés pour d'autres usages, comme des fertilisants, avec des nombreuses applications potentielles.