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Imaginez vivre dans un endroit où votre survie dépend de votre capacité à respecter vos limites, à ne pas consommer plus de nourriture et d’énergie que vous n’en produisez, à créer suffisamment d’eau douce et d’air pour vivre, à réduire les déchets au strict minimum, à recycler tout ce que vous pouvez et à éviter. contaminer l’environnement qui vous entoure. C’est à cela que doivent faire face, dans une certaine mesure, les astronautes à bord du Station spatiale internationaleet ce à quoi ils devront faire face dans une plus grande mesure dans les futurs règlements sur la lune ou Mars.
Mais c’est aussi comme ça qu’on doit vivre Terre si nous voulons protéger notre environnement, ce qui est l’un des thèmes de cette année Semaine mondiale de l’espacese déroulant du 4 au 10 octobre.
Une station spatiale, ou base lunaire, est en grande partie un système en boucle fermée. Ce que nous entendons par là, c’est qu’il doit produire ses propres ressources puis les recycler, les réinjecter dans le système car elles sont limitées. Si vous en consommez trop, les astronautes pourraient manquer d’air, de nourriture, d’eau ou d’énergie, ce qui pourrait être fatal. Bien sûr, il y a des réapprovisionnements occasionnels depuis la Terre, cependant, il ne s’agit pas de systèmes à 100 % en boucle fermée. Cependant, ce qui constitue une boucle complètement fermée, c’est la Terre elle-même.
Vaisseau spatial Terre
Pensez-y. Notre planète a une certaine capacité de charge, ou ce que le Club de Rome — un groupe de réflexion composé d’universitaires, de chefs d’entreprise et de politiciens — a appelé la «limites à la croissance” dans leur célèbre rapport de 1973. Ils prévenaient que la Terre commençait à atteindre sa capacité de charge et que bientôt nous produirions trop d’énergie, mangerions trop de nourriture, ne produirions pas assez d’eau douce et rejeterions des émissions de gaz à effet de serre dans l’atmosphère qui rendraient notre système mondial en boucle fermée n’est en effet pas viable. changement climatique grandit de plus en plus dommageable année après année, entraînant des sécheresses, des famines, des incendies de forêt et des conditions météorologiques extrêmes plus fréquentes, certains pourraient dire que nous avons déjà atteint ce stade.
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C’est là qu’apprendre à vivre dans l’espace peut nous aider à vivre de manière durable sur Terre. Ce n’est pas une idée nouvelle, mais un article récent de chercheurs du Centre aérospatial allemand dans la revue Avis sur Terre durable résume succinctement comment les technologies conçues pour vivre dans des habitats spatiaux en boucle fermée peuvent être appliquées à la Terre.
Ils ont décrit comment un habitat spatial doit remplir plusieurs fonctions pour rester un système en boucle fermée, et comment chacune d’entre elles peut être réappliquée à une plus grande échelle de la Terre.
Premièrement, les ressources doivent être cultivées et injectées dans le système. Dans ce cas, les ressources désignent tout ce dont un habitat a besoin pour fonctionner, de la nourriture à l’énergie. Ce concept doit toutefois être géré avec précaution, car s’il n’est pas contrôlé, il est ouvert à l’exploitation. Par exemple, si toute la glace d’eau était extraite du régolithe lunaire trop rapidement, il n’en resterait plus aucune pour approvisionner une base lunaire pendant très longtemps.
Deuxièmement, il y a le recyclage de ces ressources afin qu’elles ne s’épuisent pas trop rapidement. Dans un habitat en boucle fermée, les déchets non recyclés sont coûteux et peuvent diminuer l’habitat au fil du temps, car cela signifie qu’il y a progressivement moins de ressources données à circuler. Cela peut également polluer l’environnement de l’habitat, le diminuant encore une fois.
Troisièmement, l’autosuffisance. À moins d’un réapprovisionnement occasionnel depuis la Terre, un habitat spatial doit être capable de produire et de réparer tout ce dont il a besoin.
Enfin, un habitat en boucle fermée doit être suffisamment résilient pour soutenir indéfiniment son équipage et toute autre vie animale ou végétale. Si le système tombe en panne parce qu’il est mal utilisé, la durée de vie de l’habitat est considérablement réduite.
Nous pouvons voir comment chacun de ces éléments peut être appliqué à la Terre. L’agriculture intensive, l’exploitation minière, la pêche, etc. montrent comment nous exploitons la culture des ressources sur notre Terre en boucle fermée. Le recyclage peut nous aider à conserver nos ressources sans polluer l’environnement avec des déchets. Si les communautés peuvent devenir plus autosuffisantes, les émissions de dioxyde de carbone pourront alors être réduites car les ressources n’auront pas besoin d’être transportées vers les communautés depuis des régions extérieures.
La Terre a fait preuve de résilience face à la vie depuis près de quatre milliards d’années, mais notre approche négligente de l’environnement par la surconsommation met cette résilience à l’épreuve.
L’espace sur Terre
Il est intéressant de noter que les technologies développées pour être utilisées dans l’espace peuvent également être utiles sur Terre.
Un exemple classique est celui des panneaux solaires. Inventés en 1954, à l’époque des centrales électriques au charbon, les panneaux solaires n’étaient pas vraiment à la mode car les cellules photovoltaïques n’étaient pas très utiles sur Terre à l’époque. Ce sont plutôt les panneaux solaires qui ont fait leur première percée dans l’espace, fournissant de l’énergie aux satellites dès 1958 avec le satellite Vanguard 1. Les sommes d’argent que les nations spatiales ont pu consacrer à la R&D sur les cellules solaires signifiaient que, dans les années 1970, ces cellules étaient suffisamment performantes pour être utilisées sur Terre. Aujourd’hui, on trouve des cellules solaires partout, le panneau moyen produisant 1,5 kilowatts d’électricité chaque jour ; et, à partir de 2023, l’énergie solaire produira un total de 5,5 % de l’électricité mondiale sans les émissions nocives des centrales électriques au charbon ni les déchets toxiques des réacteurs nucléaires à fission.
Une autre technologie développée dans l’espace qui peut contribuer à un mode de vie plus durable sur Terre est basée sur l’alimentation. Les astronautes de la Station spatiale internationale cultivent des cultures.
L’expérience, connue sous le nom de système de production végétale, a produit pour la première fois de la laitue en 2021, qui a été récoltée par l’astronaute de la NASA Michael Hopkins. L’expérience tourne autour de la plantation de graines dans un « oreiller de graines », avec la libération contrôlée d’engrais et d’argile et l’utilisation de lumières LED spécialement conçues pour favoriser la photosynthèse, émettant davantage de lumière rouge et bleue qui favorise la croissance des plantes. Ces lumières sont désormais adaptées pour « l’agriculture verticale » sur Terre, une manière durable de cultiver des cultures qui n’occupent pas trop de terrain en zone urbaine et qui recyclent leur eau, comme sur la station spatiale. En cultivant des aliments dans des fermes verticales proches des communautés bâties, les humains peuvent réduire les coûts de transport et l’agriculture intensive, qui produisent toutes deux des émissions élevées de dioxyde de carbone.
Le cycle de l’eau
En parlant d’eau, il est primordial que l’eau soit recyclée sur la station spatiale, car son poids rend coûteuse sa remontée depuis la Terre. Toute l’eau de la Station spatiale internationale est recyclée via un système de récupération de l’eau, dans le cadre du système de contrôle environnemental et de survie de la station, qui peut transformer la vapeur d’eau que les humains expirent dans l’air, transpirent et même urinent en eau potable (ce qui apparemment , affirment les astronautes, c’est plutôt bon !). L’ensemble de traitement d’urine utilise une distillation sous vide pour extraire l’eau propre du pipi des astronautes, laissant derrière lui une « saumure d’urine » au son dégueulasse. Un ensemble de processeur de saumure a même été développé car de l’eau utilisable est toujours présente dans cette saumure : dans un système en boucle fermée, chaque ressource doit être utilisée au maximum.
Bien que nous n’ayons pas besoin de boire de l’eau d’urine sur Terre, il existe de nombreux endroits dans le monde où l’eau fraîche et propre est rare. La technologie de récupération de l’eau de la NASA a été autorisée à des entreprises pour fabriquer des filtres portables permettant aux communautés d’obtenir de l’eau propre à partir de sources contaminées.
Nettoyage du carbone
En plus de la vapeur d’eau, les astronautes expirent du dioxyde de carbone.
Les astronautes sur Apollon 13 Ils ont appris par eux-mêmes les dangers de l’accumulation de dioxyde de carbone lorsqu’ils ont dû construire à la hâte un filtre à dioxyde de carbone à partir de pièces de rechange alors qu’ils revenaient de la lune. Sur la Station spatiale internationale, le dioxyde de carbone doit être éliminé de la même manière de l’air.
Auparavant, l’oxygène était produit à bord de l’ISS par un système qui l’extrayait de 400 litres d’eau ramenés de la Terre chaque année. Il ne s’agissait donc pas d’un système en boucle fermée. Aujourd’hui, l’Agence spatiale européenne a développé le système avancé en boucle fermée (ACLS) capable de recycler 50 % du dioxyde de carbone de la station en oxygène et ne nécessite plus de remonter de grandes quantités d’eau depuis la Terre. L’ensemble de retraitement du dioxyde de carbone de l’ACLS mélange l’hydrogène et le dioxyde de carbone extraits de l’air pour produire de l’eau et du méthane. Le méthane est évacué dans l’espace sous forme de déchet, mais un ensemble de génération d’oxygène est capable de diviser l’eau en oxygène et en hydrogène, ce dernier retournant dans le système ACLS pour recommencer le cycle.
Cependant, avant l’ACLS, le dioxyde de carbone était éliminé exclusivement via un minéral appelé zéolite, qui possède des pores suffisamment petits pour piéger les molécules de dioxyde de carbone, puis les évacuer dans l’espace. Aujourd’hui, Stefano Brandani et Giulio Santori, de l’Université d’Édimbourg, explorent les moyens d’utiliser la technologie des zéolites pour réduire le dioxyde de carbone dans l’atmosphère terrestre. Ils envisagent des ventilateurs géants aspirant de l’air rempli de dioxyde de carbone vers des stations constituées de lits de zéolite qui éliminent le dioxyde de carbone de l’air. La même technologie pourrait également être utilisée plus près de la source, en éliminant le dioxyde de carbone des gaz résiduaires produits par l’industrie avant qu’ils ne soient rejetés dans l’atmosphère. Bien qu’elle ne puisse pas éliminer tout le dioxyde de carbone de l’atmosphère et empêcher le réchauffement climatique, la technologie de capture du carbone pourrait contribuer à atténuer le changement climatique et aider le monde à maintenir l’objectif de réchauffement climatique ne dépassant pas 1,5 degré Celsius.
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Étant donné les critiques souvent adressées aux programmes spatiaux dans le monde entier, selon lesquels ils constituent un luxe coûteux et que l’argent pourrait être dépensé ailleurs sur Terre, il est ironique que la technologie développée pour aider les gens à vivre dans l’espace puisse nous aider à mieux vivre sur Terre. Bien sûr, les voyages dans l’espace ne sont pas respectueux de l’environnement en soi – une fusée peut émettre jusqu’à 300 tonnes de dioxyde de carbone par lancement – mais si elle est appliquée correctement, la technologie utilisée dans l’espace peut certainement rétablir l’équilibre en nous aidant à devenir une planète plus verte. Après tout, la Terre est notre vaisseau spatial le plus incroyable.
Cet article fait partie d’une série spéciale de Space.com en l’honneur de la Semaine mondiale de l’espace 2024, qui se déroule du 4 au 10 octobre. Revenez chaque jour pour une nouvelle fonctionnalité sur la façon dont la technologie spatiale recoupe le changement climatique.