Respiration - Vivre ailleurs - La vie dans l'espace

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Nécessités

La respiration dans l'espace



      Pour vivre dans l’espace, il faut retrouver des conditions pareilles à celles qui permettent à l’Homme (en l’occurrence, mais également tout autre animal) de vivre. L’une des plus fondamentales est la respiration.
Chacun le sait, l’air est un mélange de gaz présents dans l’atmosphère terrestre, et est incolore, invisible et inodore. Sa composition est la suivante :

- 78,08% de diazote ;
- 20,95% de dioxygène ;
- Moins de 1% d’autres gaz...

  Cependant l’humain ne consomme que le dioxygène.
Pour respirer dans notre cité, il y a l’acheminement dans un premier temps, le renouvellement et le stockage qui sont nécessaires.




I/ L’acheminement de l’air


  Pas d’air dans l’espace : ce n’est pas grave, on l’amène. Pour cela il existe plusieurs techniques, mais la mise en bouteille reste la plus judicieuse…
Il est possible de compresser l’air. Il est donc plus facile de le transporter même si sa masse reste la même, le volume diminuera. Si le gaz est maintenu à 0°C alors sa masse sera de 1 293 Kg/m3 à 1 Bar (unité de pression). Les machines existantes permettent de compresser l’air jusqu’à 300 Bar. On peut donc considérer qu’il est possible de mettre 300 mètre cube à 1 bar dans 1 mètre cube à 300 Bar. Cependant la contrainte est autant de fois plus élevée ce qui, par conséquent coute beaucoup plus cher à faire décoller. Faisons quelques calculs :

1 293 x 300 = 388 Tonnes

La fusée permettant de faire décoller juste 300 mètres cubes d’air aura une cargaison de 388 tonnes.

Le schéma très schématique qui se trouve juste à côté résume bien la situation…




  En comparant avec la masse d’une fusée comme Ariane 5 (750t, dont 21t en orbite basse, et 10.5t en orbite ‘haute »), la masse de cet air est bien trop lourd, pour son lancement…
Il y aussi cependant la Saturn V, l’énorme fusée d'un peu plus de 3 000 tonnes (le lanceur reste toujours, en 2019 le plus puissante et lourd), capable de placer 140 tonnes en orbite basse terrestre seulement… Ce n’est toujours pas suffisant, et le dernier vol date de 1973.

Ainsi, il y a aussi plusieurs autres projets alternatifs (réels, qui ont été imaginés) :


- Une catapulte électromagnétique, en partant de la Lune ;
- Un ascenseur géant ;
- Nouvelles fusées des entreprises privées (comme la Falcon Heavy de Space X, ou bien celle de Blue Origins : la New Gleen).


L’avenir nous en dira davantage…




    En effet, le passage par un envoie d’air est primordial au départ.
Comme vous pouvez l’avoir compris, nous n’enverrons pas de modules en hauteur, mais construirons directement aux points de Lagrange, la forge qui sera ensuite la station spatiale. Il faut donc envoyer de l’air pour remplir le premier « bloc » qui sera construit là-haut.
Même si ce scénario n’est pas envisagé comme première pierre de l’édifice, alors il faudra quoiqu’il en soit un module préliminaire qui sera lui aussi envoyé, et qui formera en quelque sorte l’embryon de la cité.





II/ Le renouvellement de l’air.

  Pour renouveler l’air, il faut reproduire un écosystème comme celui de la Terre.
Dans ce renouvellement de l’air sur Terre, les arbres et les plantes jouent un rôle considérable.

Nous pouvons préciser que dans l’ISS, ce dernier se fait par circuit fermé, interne, et qu’il est recyclé, bien évidemment, l’air étant une ressource précieuse là-haut…

Il faut donc créer une serre reproduisant les conditions nécessaires aux arbres pour transformer du CO2 en oxygène. C'est bien sûr, la photosynthèse...

C'est relativement compliqué...



A) Les techniques actuelles


  À l’heure actuelle, les astronautes de l’ISS respirent grâce à un système de filtrage de l’air interne à la station. L’humidité et le CO2 (ainsi que la transpiration par exemple) sont filtrés grâce au gel de silice.

Voici donc une brève explication de comment fonctionne ce fameux recyclage et assainissement (déshumidification) de l'air…Ceci est dû à la propriété du gel de silice. Mais si, vous en avez déjà entendu parler, et même porté entre vos mains : ce sont les fameuses petites billes ou perles qui sont dans les sachets de papier que vous trouverez dans une des poches de votre nouveau manteau lors d’un prochain achat.

Le gel de silice est donc un hydroxyde de silicium Si(OH)4 polymère d'acide silicique préparé à partir de silicate de sodium. Sans les termes barbares et vulgaires, un grain de silice se compose alors d'atomes de silicium reliés entre eux par des atomes d'oxygène. De plus, ils sont poreux, et très absorbant de l’eau.


Cependant, et cela en devient logique, le problème est que le gel perd 75% de sa capacité d’absorption. Ce moyen nécessite donc des livraisons fréquentes depuis la Terre et n’est donc pas viable dans la cité de l’espace, qui peut-être loin de tout...

Dans la Station Internationale, le gel de silice est couplé à un déshumidificateur lambda, qui utilise donc un compresseur pour refroidir une sorte de radiateur sur lequel l'eau contenue dans l'air ambiant se condense. L'air, débarrassé de son humidité est ensuite réchauffé avant d'être retourné à la pièce. Un flux d'air est créé avec le ventilateur ce qui améliore le travail de l'appareil. Vous pourrez trouver les différents systèmes mieux explicités dans la partie « Compléments », en cliquant ici


À noter que d’autres méthodes sont en cours d’élaboration (pour l’ISS spécialement), mais aucune ne donne de ses nouvelles pour l’instant…





B) Les innovations à venir


  Le moyen actuel n’étant pas durable et autosuffisant, voici un projet plus prometteur.

Un étudiant du Royal College of art de Londres (Julian Melciorri) a développé la Silk Leaf (litt. feuille de soie, en Français).
C’est un matériau qui reproduit la fonction des feuilles d’une plante : Transformer le CO2 en Oxygène.
L’avantage de ce matériau par rapport à un arbre normal est qu’il ne perd que peu de place, il peut prendre n’importe quelle forme et pourra potentiellement avoir un cycle de vie plus long.
Comme une feuille normale, pour fonctionner, il faut à ce matériau de la lumière. En effet, la feuille est composée de chloroplastes, des organites présents dans le cytoplasme des cellules des plantes. Capturés dans un agglomérat à base de soie, ils sont sensibles aux ondes du spectre lumineux, soit à la lumière.

Cependant ce matériau reste à l’état de concept mais il pourra servir dans le futur à produire de l’oxygène sans encombrement en les utilisant par exemple pour recouvrir les parois internes du vaisseau pour le renouvellement de l’air.






Oui, mais du coup, on fait quoi ?...


En utilisant le matériau cité dans le II/, aucun stockage et recyclage ne sont nécessaires, car l’oxygène est directement renouvelé grâce à des plaques de ce matériaux (sur les murs). Un réapprovisionnement est, tout au même titre, inutile.
 
Seul des stocks de secours en cas d’accident sont nécessaires.
Et pour limiter ses risques, des sas (étanches, et même à fermeture pressurisée) seront disposés entre chaque pièce pour qu’en cas de fuite d’air, seul une minime partie soit perdue.
 
Un ravitaillement en air est donc nécessaire uniquement entre chaque incident pour ne jamais être à cours — et de toute façon, les arbres sont là... En utilisant des systèmes de compression d’air cité dans le I/, et les différentes innovations pour le renouvèlement de l’air, le stockage d’air n’est donc plus un problème.

Des serres et jardins seront présents, bien évidemment, pour le confort, et la verdure sera présente partout !...


Pour l’assainissement de l’air (en cas d’autre problème, ou simplement aider un peu nos plantes), il suffit simplement de jeter une partie de cet air dans le vide, avec des ouvertures hermétiques (intérieur vers l’extérieur), que l’on sait déjà reproduire dans la vie courante sur Terre ; au lieu de s’encombrer avec des systèmes complexes. Certains extraits de films de science-fiction nous le montre très bien (voir plus bas).


Quoiqu’il en soit, plusieurs méthodes peuvent être abordées, utilisés : à vous de choisir, mais vous trouverez une conclusion, comme pour autres les parties des nécessités au sein de la section « Notre Solution ».



Extrait de Star Wars VII - Arrivé de Kylo Ren, et descente de sa navette.<br />© Star Wars - Lucasfilm Ltd.
Extrait Star Wars VI - Vader entrance in the Death Star - Space Shuttle.<br />© Star Wars - Lucasfilm Ltd.
On voit ici clairement l'évacuation d'air du vaisseau, lors de l'ouverture des portes.
Nous nous contenterons de dire que cela est nécessaire, après chaque atterissage, pour purifier l'air de la navette...
Vous nous demanderez pourquoi avoir mis cet extrait, et penserez sûrement qu'il n'est là que parce qu'il appartient à l'univers cinématographique de Star Wars, et pourtant, regardez bien, vers la fin de la vidéo, en haut à droite !...
Bien entendu, il est aussi présent car c'est un bon exemple du futur de l'expansion de l'Humanité, ainsi que des stations spatiales...
 
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