Fabriquer de l’oxygène avec des aimants pourrait aider les astronautes à mieux respirer

Crédit : Pixabay/CC0 Domaine public

Une meilleure façon de fabriquer de l’oxygène pour les astronautes dans l’espace en utilisant le magnétisme a été proposée par une équipe internationale de scientifiques, dont un chimiste de l’Université de Warwick.

La conclusion est tirée de nouvelles recherches sur la séparation de phases magnétiques en microgravité publiées dans npj Microgravité par des chercheurs de l’Université de Warwick au Royaume-Uni, de l’Université du Colorado à Boulder et de la Freie Universität Berlin en Allemagne.

Faire respirer les astronautes à bord de la Station spatiale internationale et d’autres véhicules spatiaux est un processus compliqué et coûteux. Alors que les humains planifient de futures missions sur la Lune ou sur Mars, une meilleure technologie sera nécessaire.

Auteur principal Álvaro Romero-Calvo, un récent doctorat. diplômé de l’Université du Colorado à Boulder, dit que “sur la Station spatiale internationale, l’oxygène est généré à l’aide d’une cellule électrolytique qui divise l’eau en hydrogène et en oxygène, mais vous devez ensuite éliminer ces gaz du système. Une analyse relativement récente de un chercheur de la NASA Ames a conclu que l’adaptation de la même architecture lors d’un voyage sur Mars entraînerait des pénalités de masse et de fiabilité si importantes que cela n’aurait aucun sens à utiliser.”

dr. Katharina Brinkert du Département de chimie et du Centre de technologie spatiale appliquée et de microgravité (ZARM) de l’Université de Warwick en Allemagne déclare que “la séparation de phases efficace dans des environnements gravitationnels réduits est un obstacle pour l’exploration spatiale humaine et connue depuis les premiers vols vers l’espace dans le 1960. Ce phénomène est un défi particulier pour le système de survie à bord des engins spatiaux et de la Station spatiale internationale (ISS), car l’oxygène pour l’équipage est produit dans des systèmes d’électrolyseurs d’eau et nécessite une séparation de l’électrode et de l’électrolyte liquide.

Le problème sous-jacent est la flottabilité.

Imaginez un verre de soda pétillant. Sur Terre, les bulles de CO2 flottent rapidement vers le haut, mais en l’absence de gravité, ces bulles n’ont nulle part où aller. Au lieu de cela, ils restent en suspension dans le liquide.

La NASA utilise actuellement des centrifugeuses pour expulser les gaz, mais ces machines sont grandes et nécessitent une masse, une puissance et une maintenance importantes. Pendant ce temps, l’équipe a mené des expériences démontrant que les aimants pouvaient obtenir les mêmes résultats dans certains cas.

Bien que les forces diamagnétiques soient bien connues et comprises, leur utilisation par les ingénieurs dans les applications spatiales n’a pas été entièrement explorée car la gravité rend la technologie difficile à démontrer sur Terre.

Entrez dans le Centre de technologie spatiale appliquée et de microgravité (ZARM) en Allemagne. Là, Brinkert, qui a des recherches en cours financées par le Centre aérospatial allemand (DLR), a dirigé l’équipe dans des tests expérimentaux réussis dans une installation spéciale de tour de chute qui simule les conditions de microgravité.

Ici, les groupes ont développé une procédure pour détacher les bulles de gaz des surfaces des électrodes dans des environnements de microgravité générés pendant 9,2 s à la Bremen Drop Tower. Cette étude démontre pour la première fois que des bulles de gaz peuvent être « attirées » et « repoussées » par un simple aimant néodyme en microgravité en l’immergeant dans différents types de solutions aqueuses.

La recherche pourrait ouvrir de nouvelles voies aux scientifiques et aux ingénieurs développant des systèmes d’oxygène ainsi que d’autres recherches spatiales impliquant des changements de phase liquide-gaz.

dr. Brinkert dit que “ces effets ont des conséquences énormes pour le développement ultérieur des systèmes de séparation de phase, comme pour les missions spatiales à long terme, suggérant qu’une production efficace d’oxygène et, par exemple, d’hydrogène dans les systèmes de (photo-)électrolyseur d’eau peut être obtenue même en l’absence quasi totale de la force flottante.”

Le professeur Hanspeter Schaub de l’Université du Colorado à Boulder déclare qu'”après des années de recherche analytique et informatique, la possibilité d’utiliser cette incroyable tour de largage en Allemagne a fourni la preuve concrète que ce concept fonctionnera dans l’environnement spatial zéro-g”.


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Plus d’information:
Alvaro Romero-Calvo et al, séparation de phase magnétique en microgravité, npj Microgravité (2022). DOI : 10.1038/s41526-022-00212-9

Fourni par l’Université de Warwick

Citation: Faire de l’oxygène avec des aimants pourrait aider les astronautes à respirer facilement (12 août 2022) récupéré le 12 août 2022 sur https://phys.org/news/2022-08-oxygen-magnets-astronauts-easy.html

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