Un système mobile de traitement des eaux usées construit au Kennedy Space Center de la NASA en Floride et prêt pour des missions de longue durée sur la Lune et sur Mars a quitté la station spatiale et est arrivé à l’Université du Dakota du Nord à Grand Forks. Les étudiants diplômés de l’université testeront la technologie dans des conditions conçues pour simuler les défis liés aux opérations à la surface d’une autre planète.
L’usine de traitement des eaux usées utilisables Divergent est conçue pour convertir les eaux usées de l’équipage en une ressource utile dont les futurs explorateurs auront besoin chaque jour. À l’Université du Dakota du Nord, les équipes intégreront ce nouveau système de traitement des eaux usées à l’habitat intégré Lune/Mars de l’université. Les étudiants opérateurs et les chercheurs de la NASA se connecteront à un environnement semblable à un habitat et étudieront le fonctionnement de l’installation lorsque l’équipage est exposé à des contraintes opérationnelles qui pourraient être rencontrées sur une autre planète.
Luke Roberson, directeur des systèmes d’eau de surface du bureau de campagne Mars de la NASA à Kennedy, a déclaré : « Le programme Artemis de la NASA jette les bases d’une présence humaine durable sur la Lune, où les habitats devront fonctionner loin de la chaîne d’approvisionnement durable qui soutient les astronautes en gravité partielle. » “Pour relever ce défi, nous construisons un système de surface lunaire durable pour transformer les eaux usées en nutriments pour les plantes et la bioproduction.”
Installée dans une remorque de 8,5 pieds sur 24 pieds, l’installation intègre trois systèmes de réacteurs biologiques, un jardin vertical, des équipements de traitement de l’eau, une surveillance environnementale, un logiciel de gestion autonome et des systèmes de sécurité. Remorque équipée NASA Kennedy servir de laboratoire accessible et voyager entre au moins deux sites d’essais de simulation à mesure que la technologie évolue.
Contrairement aux systèmes d’égouts sur Terre, cette installation permet de séparer les flux de déchets. Cette approche différente est importante pour les petites équipes, car les eaux usées peuvent être très concentrées avec quatre à huit personnes. L’urine, l’eau sanitaire, l’eau de lavage, les déchets fécaux et les déchets alimentaires contiennent des quantités variables de sels, de solides, de carbone, d’azote, de phosphore et d’autres composés. Les traiter séparément permet de traiter chaque flux avec le réacteur le mieux adapté à la tâche.
Pour ce faire, le système nettoie les déchets à l’aide de trois bioréacteurs différents. Les bioréacteurs anaérobies à membrane phototrophique transforment les matières fécales et les déchets alimentaires en eaux usées riches en nutriments qui soutiennent la croissance des plantes. Les bioréacteurs aérobies à membrane en suspension traitent l’urine et l’eau de lavage. Les réacteurs biologiques aérés à membrane traitent les eaux grises provenant des opérations d’hygiène et de blanchisserie. Ensemble, les bioréacteurs traitent les nutriments et préparent l’eau à réutiliser pour alimenter le jardin vertical de l’installation. Dans ce jardin, les cultures seront cultivées de manière hydroponique ou sans sol, en utilisant une solution nutritive provenant d’un bioréacteur. Les chercheurs compareront les performances de la culture avec celles de plantes cultivées avec des nutriments hydroponiques standards.
Dans le Dakota du Nord, un NASA EPSCoR (Competitive Research Support Program), l’installation est reliée à l’habitat intégré Lune/Mars via une interface de salle de bain avec des toilettes à urinoir. Cette configuration permet de séparer différents types de déchets de la source et de les envoyer vers le système de traitement approprié. En parallèle, l’équipe d’Ali Alshami développe de nouvelles technologies de séparation par membrane pour une intégration future dans des installations de traitement des eaux usées hétérogènes afin d’améliorer l’efficacité de la récupération de l’eau, l’élimination des polluants et la flexibilité du système pour les missions de résidence à long terme.
“Les tests aideront la NASA à évaluer les opérations réelles, les besoins de formation des équipages, la fiabilité du système et la manière dont les simulateurs d’eaux usées se comparent aux déchets métaboliques humains réels dans un environnement de mission analogique”, a déclaré Alshami.
Ces efforts se concentrent sur le développement de méthodes de traitement compactes et économes en énergie, capables de gérer les flux complexes d’eaux usées générés dans des environnements étrangers fermés.
“La campagne pilote de l’Université du Dakota du Nord soutient la maturation des technologies depuis la validation à l’échelle du laboratoire jusqu’à la démonstration dans un environnement d’habitat gonflable lunaire/Mars”, a déclaré le professeur Pablo De Leon, directeur du département d’astronautique de l’Université du Dakota du Nord.
Les leçons apprises pourraient éclairer les futures expériences à haute résolution, y compris une éventuelle intégration sur Mars, calquée sur les simulations de nouvelle génération de la NASA, d’une durée d’un an, grâce à des analogues de séparation au Johnson Space Center de l’agence à Houston.
Ce travail fait partie de l’effort plus large de la NASA en matière de système de survie biologique régénérative, qui développe des approches biologiques pour réduire la dépendance à l’égard des consommables fournis par la Terre. Dans les futurs habitats lunaires ou martiens, des systèmes tels que les stations d’épuration pourraient contribuer à boucler la boucle vitale en récupérant l’eau, en recyclant les nutriments, en soutenant la production agricole et en réduisant la quantité de déchets qui doivent être stockés ou éliminés. Des recherches plus approfondies menées par la NASA ont permis de réaliser une étude commerciale montrant que le maintien de la vie biorégénératif est plus efficace pour les voyages dans l’espace que la technologie actuelle de maintien de la vie.
Les chercheurs de la NASA étudient également comment les ressources dérivées des eaux usées pourraient soutenir la fabrication spatiale. Une tentative consiste à étudier comment l’eau riche en nutriments provenant d’un système de traitement des eaux usées biorégénérative peut nourrir les microbes producteurs d’acide lactique et le convertir en acide polylactique. Le matériau pourrait un jour être utilisé comme liant pour l’impression 3D du régolithe lunaire ou martien, un matériau de surface meuble et fragmenté, ou utilisé pour remplacer des pièces, augmentant ainsi la valeur des déchets récupérés au-delà des systèmes d’eau et d’alimentation.
“En envoyant l’installation de Kennedy au Dakota du Nord, l’agence fait sortir un élément clé de l’économie circulaire du laboratoire et le teste dans le monde réel”, a déclaré JJ Edelmann, directeur de la campagne Mars au siège de la NASA à Washington. “Le travail peut commencer par les eaux usées, mais l’objectif est bien plus vaste. Nous voulons aider les futurs équipages à vivre de manière durable sur la Lune, à apprendre comment opérer loin de la Terre et à transmettre ces leçons sur Mars.”
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