Vue latérale du système complet, porté comme un sac à dos. Crédit : Karen Morales
Le nouveau système de filtration des urines développé par des chercheurs de Cornell recycle l’urine des astronautes en eau potable, dans le but d’améliorer le confort et l’efficacité lors des futures missions sur la Lune et sur Mars.
Actuellement, les astronautes doivent se soulager à l’intérieur de leurs combinaisons spatiales lors des sorties dans l’espace. Cette situation est non seulement inconfortable et peu hygiénique, mais également très peu efficace. Contrairement au système de gestion des eaux usées de la Station Spatiale Internationale (ISS), l’eau provenant de l’urine lors des sorties dans l’espace n’est pas recyclée.
Les chercheurs de Cornell s’attaquent à ce problème avec un système innovant de collecte et de filtration des urines, inspiré des « stillsuits » de la franchise de science-fiction Dune. À l’instar de ces « stillsuits », leur prototype absorbe et purifie l’urine, la recyclant en eau potable.
Sofia Etlin, membre du personnel de recherche à Weill Cornell Medicine et à l’Université Cornell, ainsi que première auteure de l’étude, a expliqué : « Le design comprend un cathéter externe basé sur le vide qui conduit à une unité d’osmose inverse combinée, fournissant un approvisionnement continu en eau potable avec plusieurs mécanismes de sécurité pour garantir le bien-être des astronautes. »
Ce nouveau design a récemment été publié dans Frontiers in Space Technologies.
Cups de collecte d’urine pour le Maximum Absorbency Garment pour hommes. Crédit : Luca Bielski
Défis Actuels et Missions Futures
En 2025 et 2026, NASA prévoit les missions Artemis II et III, où un équipage orbitera autour de la Lune et se posera sur son pôle sud, respectivement. Ces missions devraient être suivies de missions habitées vers Mars d’ici le début des années 2030. Cependant, les astronautes se plaignent depuis longtemps du manque de confort et d’hygiène du système de gestion des déchets actuel, le Maximum Absorbency Garment (MAG), utilisé depuis la fin des années 1970, qui fonctionne comme une couche adulte multi-couches en polymère superabsorbant.
Vue arrière du système complet, porté comme un sac à dos. Crédit : Karen Morales
Solutions Innovantes pour des Problèmes Anciens
« Le MAG a signalé des fuites et a causé des problèmes de santé tels que des infections urinaires et des troubles gastro-intestinaux. De plus, les astronautes disposent actuellement d’un litre d’eau dans leurs sacs à boire intégrés. Cela est insuffisant pour les sorties lunaires prolongées, qui peuvent durer jusqu’à dix heures, voire 24 heures en cas d’urgence », a déclaré Etlin.
Les astronautes ont également demandé que le temps nécessaire pour remplir et dé-gazer les sacs à boire intégrés soit réduit dans les futures combinaisons spatiales et qu’un approvisionnement séparé en boissons énergétiques non caféinées soit ajouté.
Prototype de vêtement de collecte d’urine. Crédit : Claire Walter
Conception Innovante pour la Collecte des Urines
La face intérieure de la cup de collecte est doublée de microfibre en polyester ou d’un mélange nylon-spandex, pour diriger l’urine loin du corps et vers la face intérieure de la cup, d’où elle est aspirée par une pompe à vide. Une étiquette RFID, liée à un hydrogel absorbant, réagit à l’humidité en activant la pompe.
Une fois collectée, l’urine est dirigée vers le système de filtration, où elle est recyclée avec une efficacité de 87 % grâce à un système de filtration intégré à deux étapes d’osmose inverse. Ce système utilise un gradient de concentration pour extraire l’eau de l’urine, ainsi qu’une pompe pour séparer l’eau du sel. L’eau purifiée est ensuite enrichie en électrolytes et pompée dans le sac à boire intégré, à nouveau disponible pour consommation. La collecte et la purification de 500 ml d’urine ne prennent que cinq minutes.
Tests et Mise en Œuvre du Nouveau Système
Le système, qui intègre des pompes de contrôle, des capteurs et un écran à cristaux liquides, est alimenté par une batterie de 20,5 V avec une capacité de 40 ampères-heures. Ses dimensions totales sont de 38 par 23 par 23 cm, avec un poids d’environ huit kilogrammes : suffisamment compact et léger pour être porté sur le dos d’une combinaison spatiale.
Maintenant que le prototype est disponible, le nouveau design peut être testé dans des conditions simulées, puis lors de véritables sorties dans l’espace.
« Notre système peut être testé dans des conditions de microgravité simulées, car la microgravité est le principal facteur spatial que nous devons prendre en compte. Ces tests garantiront la fonctionnalité et la sécurité du système avant son déploiement dans de véritables missions spatiales », a conclu le Dr Christopher E Mason, professeur au même institut qu’Etlin et auteur principal de l’étude.
Référence : « Amélioration de l’hygiène des astronautes et de l’efficacité des missions : une approche novatrice de la gestion des déchets en combinaison et de la récupération d’eau lors des sorties dans l’espace » par Sofia Etlin, Luca Bielski, Julianna Rose, Karen Morales, Avery Belman, Emma Alexander, Emma Li, Richard Lin, Krishna Patel, Stephanie Rakhmonova, Claire Walter et Christopher E. Mason, 15 mai 2024, Frontiers in Space Technologies.
DOI : 10.3389/frspt.2024.1391200
