Laurence Bianchini
Le 21 juillet la dernière navette spatiale américaine, Atlantis, retournera sur terre. Parmi les objectifs de la mission STS-135, l’une était de tester des systèmes de recyclage des eaux usées corporelles (urine, sueur) afin de les rendre potables. De futures combinaisons recyclant les eaux corporelles ? Cela vous rappelle les romans de Dune ? La science-fiction influencera-t-elle les scientifiques de la NASA ?
La station spatiale internationale (ISS) offre aux 15 pays membres (Etats-Unis, Russie, Canada, Japon et 11 pays européens) un terrain d’expérimentation privilégié pour les sciences de la vie et de la matière, la physique fondamentale et les sciences de la Terre et de l’Univers. Depuis 1998, les éléments de la station sont assemblés grâce à environ 40 vols spatiaux. La taille de la station est équivalente à un terrain de football et depuis 2000 deux ou trois spationautes l’occupent en permanence. Son programme scientifique a été rallongé au minimum jusqu’en 2020 afin de continuer les expériences en micropesanteur.
Demain il n’y aura plus de navette spatiale américaine en service pour la rejoindre. En effet, après 30 ans de voyages dans l’espace, le 21 juillet 2011 verra le retour d’Atlantis, la dernière navette américaine, marquant ainsi la fin du programme STS-135. A son bord, seulement quatre Astronautes –dont une femme Sandra Magnus– ont décollé le 8 juillet 2011 depuis Cap Canaveral en Floride (Etats-Unis). Pendant les 12 jours que durera le voyage, le commandant Chris Ferguson et son équipage auront pour mission d’approvisionner l’ISS en nourriture et en eau pour une durée de un an.
Portrait officiel de l’équipe de STS-135. Source : Robert Markowitz/NASA
En effet, l’ISS ne pourra plus être approvisionnée en aliments autrement qu’en utilisant les navettes Soyouz russes. L’eau en particulier est essentielle à la vie. C’est pourquoi les scientifiques de la NASA ont prévu de tester en micropesanteur un nouveau système de recyclage des eaux usées [1]. Des systèmes similaires sont utilisés par les alpinistes et les militaires en zones désertiques ou comme après un incident climatique lorsque les eaux locales sont non-potables. Ainsi, comme l’avait imaginé Frank Herbert dans son roman Dune, si le système est validé en apesanteur, alors des systèmes de recyclage de l’urine, de la transpiration et des eaux usées de façon générale, seront intégrés dans les combinaisons spatiales. Ces systèmes leur seront vitaux si l’eau venait à manquer lors d’une panne ou d’un séjour prolongé dans l’espace.
Sur terre, les systèmes de recyclage pour rendre les eaux potables ou pour les dessaler sont composés de deux poches en plastique séparées par une membrane filtrant les grosses molécules (protéines, bactéries, minéraux…) des petites molécules (eau). L’une des poches contient les liquides usés alors que l’autre est remplie d’un liquide de concentration différente. Le processus de diffusion de l’eau d’une solution faiblement concentrée vers une solution hautement concentrée, et ce à-travers une paroi perméable, s’appelle l’osmose. La pression hydrostatique des liquides sera tout simplement contrôlée grâce aux concentrations en sucre des liquides. L’osmose est un processus naturel présent dans lors de la diffusion de l’eau des intestins vers le circuit sanguin ou encore dans le processus grâce auquel certaines plantes puissent l’eau dans les sols. L’osmose inverse apparaît lorsque la pression hydrostatique dans un des compartiment est supérieure à la pression osmotique et impose à l’eau de s’écouler vers l’autre compartiment. Les « sacs osmotiques » sont des moyens simples et peu couteux pour purifier l’eau de nombreux contaminants.
Sac osmotique : Injection. source : Monica Soler/NASA
Néanmoins, pour utiliser ces dispositifs tels qu’ils étaient présentés dans Dune deux difficultés apparaissent.
Tout d’abord, pour filtrer l’urine une première étape de filtration au-travers de charbons actifs doit être ajoutée afin de filtrer l’urée et l’alcool. Deuxièmement, lorsque la gravité est nulle le gradient de pression hydrostatique d’un compartiment vers l’autre est perturbé ce qui pourrait diminuer l’efficacité de l’écoulement du liquide au-travers de la membrane. De plus, à faible pesanteur, les liquides mixés à de l’air ont tendance à former des « mousses » non-homogènes défavorisant le mouillage de la membrane de séparation. En conséquence, six systèmes de recyclage ont été embarqués pour la mission STS-135 et parmi ces six systèmes trois seront secoués et malaxés à la main par un membre de l’équipage. A ce stade, des eaux colorées remplaceront les eaux usées. Ce simple test permettra de déterminer si les frictions mécaniques qu’un tel système subirait s’il était intégré à la combinaison d’un astronaute favoriseraient le passage des liquides au-travers de la membrane lorsque l’astronaute serait en mouvement.
Si l’expérience s’avère concluante au retour de la mission STS-135, les eaux usées, qui jusqu’à présent étaient larguées hors de l’appareil, pourront être recyclées et consommées minimisant les ressources en eau à emporter. Ceci pourrait être essentiel aux voyages spatiaux à venir vers des destinations toujours plus lointaines.
« And although some people may think it’s downright disgusting, but if it’s done correctly, you process water that’s purer than what you drink here on Earth. More important, allows us the capability of being more self sufficient and not requiring as many supplies to be sent up to the space station. »
« Et bien que certaines personnes puissent légitimement penser que ce soit dégoutant, si cela [la purification de l’urine] est correctement réalisé, alors l’eau que vous produisez est plus pure que celle que l’on boit sur terre. Plus important que cela, cela nous permettra d’être plus autonomes et nécessitera moins d’approvisionnement de la base spatiale. »
Preflight Interview: Heidemarie Stefanyshyn-Piper, Mission Specialist STS-126 (2008)
De plus, l’osmose étant un phénomène naturellement présent dans le fonctionnement des organismes vivants, cette expérience permettra une nouvelle compréhension de la digestion (et autre phénomène physiologique) en micropesanteur.
Cape Canaveral, Floride. Décollage de la mission STS-135 et 33e vol de la navette Atlantis.
Photo credit: NASA/Tony Gray and Tom Farrar
Par ailleurs, les systèmes spécialement conçus pour l’espace ont été manufacturés par Hydration Technology Innovation Albany, (Oregon) qui mène en parallèle des projets de recherche concernant la purification des eaux au Kenya.
Ainsi le 135e et dernier voyage d’une navette américaine dans l’espace a des implications plus larges qu’un simple voyage pour rallier l’ISS.*
De passage à Paris, Charles Bolden, patron de la NASA, livre ses priorités sur l'avenir de la conquête spatiale (source CNES)
Notons aussi qu’un iPhone de chez Apple et deux Nexus S, le téléphone Android développé par Google et Samsung, ont décollé avec la mission STS-135.
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En savoir plus :
1) From Backpacking to Space Trekking C. Mansfield, NASA 2011, https://www.nasa.gov/mission_pages/shuttle/behindscenes/sts-135_FOB.html
2) Forward Osmosis Bag (FOB), Experiment/Payload Overview, NASA 2011, https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20170010195/downloads/20170010195.pdf
3) NASA’s Stillsuit: Atlantis Crew to Test Pee-Recycling Bag, D. Mosher, Wired science 2011, https://www.wired.com/2011/07/nasa-osmotic-water-bag/
