Cap sur Mars

1. Cap sur Mars par Geneviève C.-Hébert & Daline Ung

2. Une planète à coloniser... Parmi toutes les planètes du système solaire, Mars semble être la seule planète habitable pour les humains, malgré sa surface plus petite. D’ici l’année 2030, il se peut bien que 10 000 terriens colonisent la planète Mars, projet lancé par la NASA. Évidemment, il faudra imaginer plusieurs formes d’énergies possibles pour réussir à subsister sur ce sol aride. Bienvenue sur Mars

3. MARS À l'origine, la croûte martienne était constituée de rochessolides et compactes, mais elle a été soumise très tôt àun stress permanent : celui des impacts météoritiques. Les cratères d’impacts jouent un grand rôle dansl'évolution des surfaces planétaires. Ils sont lesprincipaux responsables de la dislocation, de lafragilisation, de la fragmentation et de la désagrégationdes couches rocheuses. Il est évident qu’un fluide a unjour coulé sur la surface de Mars, mais lequel?On ne saitpas encore il est possible qu’il y ait eut de l’eau, de lalave… plusieurs hypothèses sont possibles.

4. Atmosphère de Mars Le dixoyde de carbone occupe une grande partie dans l’atmosphèrede Mars, soit plus de 96%. Ses autres composantes sont l’azote (2%),l’argon (1,5%), l’oxygène (0,15%), le monoxyde de carbone (0,1%),quelques traces de vapeur d’eau (0,05%) ainsi que les autressubstances (02,%). Dû à la mince couche de l’atmoshpère martienne, la pressionatmosphérique est très faible (125 fois moins grande que sur Terre).C’est pourquoi on ne retrouve pas d’eau liquide sur la planète rouge,car elle gèlerait ou s’évaporerait au contact de l’air. Étant donné la distance séparant Mars du Soleil (environ 227 936 640 km),la planète ne reçoit pas autant de chaleur que la Terre. Ses températures varientselon l’heure de la journée, la saison ainsi que la latitude. En été, elle n’atteint que 22 ºC ; en hiver, elle peut chuter jusqu’à -140 ºC vers les pôles. C’est à cet endroit que les calottes polaires se forment à cause du dioxyde de carbone qui se solidifie. Selon certaines hypothèses scientifiques, il semblerait que l’atmosphère de Mars fut autrefois plus importante que celle dont on connaît aujourd’hui. Nous pensons qu’elle aurait été modifiée dû à sa taille, le vent solaire et aux roches carbonatées.

5. Des énergies possibles Pour rendre possible l’habitation sur Mars, deux énergies seront nécessaire: L’hydrogène comme énergie permanente. L’énergie éolienne, comme énergie temporaire.

6. Énergie éolienne Le vent, sur Mars, est une ressource abondante et inépuisable. De plus c’est un moyen de produire de l’énergie non polluante ; elle ne rejette aucune substance dangereuse et n’engendre aucun déchet. C’est pourquoi nous pouvons l’utiliser sans crainte de polluer davantage l’environnement de Mars. Aussi l'énergie éolienne est désormais la moins chère de toutes les énergies renouvelables existantes.

7. Quelques conditions importantes… Pour que cette forme d’énergie fonctionne convenablement il faudra que l'éolienne soit : • sur une surface dégagée et régulière, à une distance suffisante (100 mètres au moins) des obstacles naturels (arbres, dénivellations) ou artificiels. Ces obstacles créent, au vent et sous le vent, des turbulences qui perturbent la rotation régulière des pales de l'éolienne et peuvent provoquer, après une courte période d'utilisation, la destruction de la machine • située sur un plateau ou une colline à pente faible (la vitesse du vent augmente avec la hauteur) • orientée vers les vents dominants

8. Dispositifs de stockage de l’énergie éolienne: • Pour la production d’électricité le système le plus utilisé est la batterie d’accumulateur. Bien que celles au plomb ne sont pas des plus pratiques, elle sont lourdes et encombrantes, elles s’accommodent bien des fluctuations du vent. Les autres sont mal adaptées. Ce type de stockage ne convient que pour de petites puissances, au maximum quelques KM. • Pour les stockages importants il faut utiliser le pompage de l’eau… L’énergie éolienne sert à remplir un réservoir de stockage. L’eau sera turbinée afin de faire de l’énergie. • Le stockage thermique commence aussi à se développer mais il est utilisé seulement pour le chauffage.

9. Sortes d'éoliennes Les capteurs à axe horizontal Les capteurs à axe vertical Rotor ou panémone de Darrieus Rotor de Savonius Les moulins américains Les moulins hollandais Les éoliennes rapides

10. Les capteurs à axe horizontal Ce sont les machines actuellement les plus répandues car leur rendement est supérieur à celui de toutes les autres machines. Elles comportent généralement des hélices à deux ou trois pales, ou des hélices multipales pour le pompage de l’eau. On peut distinguer les capteurs éoliens dont l’hélice est en amont par rapport au vent, « hélice au vent », et ceux dont l’hélice est en aval par rapport au vent, « hélice sous le vent  ».

11. Les capteurs à axe vertical Les principaux capteurs à axe vertical sont le rotor de Savonius, le rotor de Darrieus et le capteur à ailes battantes. Il existe également les machines à traînée différentielle comme le moulinet, les machines à écran et les machines à clapets battants.

12. Avantages • L'énergie éolienne est modulable et peut être parfaitement adaptée aux besoins en énergie. • Les frais de fonctionnement sont assez limités étant donné le haut niveau de fiabilité et la simplicité des technologies. • Le prix d'une éolienne va probablement diminuer dans les années à venir suite aux économies qui pourront être réalisées sur leur fabrication. • Les éoliennes sont rentables dans les régions bien ventées.

13. Inconvénients Le problème de l'énergie éolienne est que la puissance fournie est inconstante. Quand cette puissance est inférieure à la capacité de la charge, il faut une source de puissance complémentaire. Quand cette puissance dépasse la capacité de la charge du réseau, il faut l'intervention d'un système de régulation pour maintenir la fréquence et la tension. La complexité de résoudre ces problèmes techniques a amené la plupart des entreprises à négliger, jusqu'à présent, l'énergie éolienne pour les petits réseaux.

14. L'hydrogène... Indispensable à une future colonisation Sur la planète Mars, l’oxygène ne constitue que 0,15 % de ses compositions gazeuses ; le dioxyde de carbone domine son atmosphère avec plus de 96 %. Puisque sans 02 nous ne pouvons vivre, il nous faudra alors en créer nous-même. Grâce à l’hydrogène, il sera possible de produire une certaine quantitée de ce gaz qui nous permettra de respirer normalement. C’est pourquoi nous avons opté pour cette énergie comme étant permanente pour ce projet.

15. Carburant du futur ? Découvert par l’anglais Henry Cavendish en 1766, ce gaz léger fut nommé hydrogène, signifiant « qui produit de l’eau » en grec, par le français Antoine Laurent de Lavoisier. Ce chimiste découvrit qu’en provoquant une combustion de cette substance avec de l’oxygène, cela produisait de l’eau. Il est aussi connu sous le terme « air inflammable», nommé ainsi par de nombreux scientifiques. L’hydrogène semble un des éléments les plus courants sur la planète Terre. De cette substance, nous pourrions améliorer les problèmes environnementaux tels que l’effet de serre ou encore l’utiliser pour nos véhicules sans polluer notre atmosphère, puisque l’hydrogène est qualifié comme carburant pure.

16. Propriétés de l'hydrogène • Incolore, inodore et non toxique constituent ses principales caractéristiques. • Formé par deux atomes, il s’en décompose de celles-ci aux températures élevées. • L’hydrogène est, après l’hélium, le plus difficile des gaz à liquéfier. Il fond à -259 ºC et bout à -252 ºC • Il est connu pour posséder une forte énergie gravimètrique, soit 120 MJ/kj. Étant donné son poids très léger (14 fois plus que l’air), il n’en prends que 10,8 MJ/m3. On rencontre plusieurs problèmes lorsqu’il est question de stocker cette substance. • L’hydrogène est, après l’hélium, le plus difficile des gaz à liquéfier. Il fond à -259 ºC et bout à -252 ºC • Le danger connu d’utilisation de ce gaz est le risque d’explosions.

17. Utilisations du gaz • L’hydrogène est souvent utilisé dans : • les industries chimiques et pétrochimique comme ammoniac, méthanol, oxygéner l’eau et produire des colorants • les industries verrière • en électronique pour puces des ordinateurs • en alimentation pour rendre solides les corps gras (colza, soja, tournesol), ceux-ci doivent être hydrogénés, tout comme le savon, les lubrifiants, la peinture et les vernis. Nous pensons souvent à l’utiliser pour remplacer l’essence pour les automobiles, puisque l’hydrogène deviendra un carburant propre (la combustion avec l’oxygène produit de l’eau).

18. Capacités de stockage Plusieurs modes de stockage sont utilisés pour l’hydrogène.Étant donné la faible capacité volumétrique, nous rencontrons plusieurs problèmes pour stocker cette énergie. Comme pour le projet Mars Direct, nous transporterons de l’hydrogène venant de la planète Terre. S’il existe des quantités suffisantes de glace dans le sol, nous pourrons produire de l’hydrogène sur Mars par l’électrolyse. Quelques exemples : Sous forme comprimée : moins coûteuse, la plus simple et rapide à réaliser, faible densité volumétrique, réservoirs résistants aux chocs lors du transport. Sous terrain : seulement pour les importantes quantités d’hydrogène Sous forme liquide : n’occupe pas beaucoup de place, température doit être à – 253 ºC, risques de pertes thermiques et l’évaporation du gaz, doit être isolé soigneusement. Cependant, toutes les méthodes pour stocker le H2 sont dangereuses, dont les explosions.

19. L'électrolyse Habituellement réalisé par reformage d’hydrocarbures, l’hydrogène peut être produit par différentes méthodes tels que le vaporeformage ou l’oxydation partielle. Parmi les nombreux moyens d’utilisation de l’hydrogène, nous procéderons à l’électrolyse. Elle permettra d’obtenir ce même gaz ainsi que de l’oxygène. Cependant, cette façon de faire est toujours en développement comme par les carburants fossiles et la biomasse. De plus, elle est un peu plus dispendieuse dû à la quantité d’électricité consommée (par énergie éolienne). Cette méthode sépare les substances chimiques de l’électrolyte (la solution qui la subira). Elle peut aussi purifier un métal, mais ceci semble plus complexe.

20. Procédés pour la transformation En fusionnant le dioxyde de carbone à l’hydrogène résultent du méthane et de l’eau selon cette formule : CO2 + 4 H2 = CH4 + 2 H2O Puis, avec la méthode de l’électrolyse, nous pourrons obtenir de l’oxygène ainsi que de l’hydrogène en décomposant l’eau grâce à l’électrolyse. 2 H2O = 2H2 + O2 Avec l’oxygène créée, nous pourrons en bénéficier dans de petits bases qui seront construites sur le sol martien, tout en implantant des plantes pour bien respirer.

21. Bibliographie • www.nirgal.net • www.annso.freesurf.fr/H2.html • www.inti.be/ecotopie/eole.html • membres.lycos.fr/tipemaster/TIPE/Eole/Eole.html • www.nirgal.net/atmosphere.html • www.astrosurf.com/marsokod/missionreference.htm • agora.qc.ca/mot.nsf/Dossiers/Hydrogene • www.astrosurf.com/planete-mars/news/2000/iss1.html