Concept d'artiste de programmes d'exploration possibles. Crédit image: NASA Cliquez pour agrandir
Avez-vous déjà traversé un tapis de laine avec des chaussures à semelles en cuir par une journée d'hiver sèche, puis tendu la main vers une poignée de porte? ZAP! Une étincelle piquante bondit entre vos doigts et le bouton en métal.
C'est une décharge statique - la foudre est petite.
Les décharges statiques sont simplement ennuyeuses pour quiconque vit sur Terre où les hivers ont une humidité exceptionnellement basse. Mais pour les astronautes sur la Lune ou sur Mars, la décharge statique pourrait être un vrai problème.
«Sur Mars, nous pensons que le sol est si sec et isolant que si un astronaute marchait, une fois qu'il ou elle serait retourné dans l'habitat et aurait tendu la main pour ouvrir le sas, un petit éclair pourrait zapper l'électronique critique», explique Geoffrey A Landis, physicien à la Direction de la photovoltaïque et des effets environnementaux spatiaux au NASA Glenn Research Center à Cleveland, Ohio.
Ce phénomène est appelé charge triboélectrique.
Le préfixe «tribo» (prononcé TRY-bo) signifie «frotter». Lorsque certaines paires de matériaux différents, comme la laine et le cuir dur à semelle de chaussure, se frottent, un matériau cède certains de ses électrons à l'autre. La séparation de charge peut créer un fort champ électrique.
Ici sur Terre, l'air autour de nous et les vêtements que nous portons ont généralement suffisamment d'humidité pour être des conducteurs électriques décents, de sorte que toutes les charges séparées par la marche ou le frottement ont un chemin facile vers la terre. Les électrons ont saigné dans le sol au lieu de s'accumuler sur votre corps.
Mais lorsque l’air et les matériaux sont extrêmement secs, par exemple lors d’une journée d’hiver sèche, ils sont d’excellents isolants, de sorte qu’il n’existe pas de chemin d'accès direct au sol. Votre corps peut accumuler des charges négatives, peut-être jusqu'à un incroyable 20 000 volts. Si vous touchez un conducteur, comme une poignée de porte en métal, alors - ZAP! - tous les électrons accumulés se déchargent à la fois.
Sur la Lune et sur Mars, les conditions sont idéales pour la charge triboélectrique. Le sol est plus sec que le sable du désert sur Terre. Cela en fait un excellent isolant électrique. De plus, le sol et la plupart des matériaux utilisés dans les combinaisons spatiales et les engins spatiaux (par exemple, le mylar aluminisé, le nylon enduit de néoprène, le Dacron, le nylon enduit d'uréthane, le tricot et l'acier inoxydable) sont complètement différents les uns des autres. Lorsque les astronautes marchent ou que des rovers roulent sur le sol, leurs bottes ou roues rassemblent des électrons en frottant à travers le gravier et la poussière. Parce que le sol est isolant, ne fournissant aucun chemin vers le sol, une combinaison spatiale ou un mobile peut accumuler une énorme charge triboélectrique, dont l'ampleur est encore inconnue. Et lorsque l'astronaute ou le véhicule revient à la base et touche le métal - ZAP! Les lumières de la base peuvent s'éteindre, ou pire.
Landis et ses collègues de la NASA Glenn ont d'abord remarqué ce problème à la fin des années 1990 avant le lancement de Mars Pathfinder. «Lorsque nous avons fait rouler un prototype de roue du rover Sojourner sur de la poussière martienne simulée dans une atmosphère martienne simulée, nous l'avons trouvée chargée jusqu'à des centaines de volts», se souvient-il.
Cette découverte a tellement préoccupé les scientifiques qu’ils ont modifié la conception du rover Pathfinder, en ajoutant des aiguilles d’un demi-pouce de long, faites de fil de tungstène ultramince (0,0001 pouce de diamètre) affûté en pointe, à la base des antennes. Les aiguilles permettraient à toute charge électrique accumulée sur le rover de se dissiper dans la fine atmosphère martienne, "comme un paratonnerre miniature fonctionnant à l'envers", explique Carlos Calle, scientifique principal au Laboratoire électrostatique et physique des surfaces de la NASA au Kennedy Space Center , Floride. Des aiguilles de protection similaires ont également été installées sur les rovers Spirit et Opportunity.
Sur la Lune, "les astronautes d'Apollo n'ont jamais signalé avoir été zappés par des décharges électrostatiques", note Calle. «Cependant, les futures missions lunaires utilisant de gros équipements d'excavation pour déplacer beaucoup de saleté et de poussière sèches pourraient produire des champs électrostatiques. Parce qu'il n'y a pas d'atmosphère sur la Lune, les champs pourraient devenir assez forts. Finalement, des décharges pourraient se produire sous vide. »
«Sur Mars», poursuit-il, «les décharges peuvent se produire à quelques centaines de volts au maximum. Il est probable que ceux-ci prendront la forme de lueurs coronales plutôt que des éclairs. En tant que tels, ils peuvent ne pas mettre la vie en danger pour les astronautes, mais ils pourraient être nocifs pour les équipements électroniques. »
Alors, quelle est la solution à ce problème?
Ici sur Terre, c'est simple: nous minimisons les décharges statiques en mettant les systèmes électriques à la terre. Les mettre à la terre signifie les connecter littéralement à des tiges de cuivre martelant la Terre profondément dans le sol. Les tiges de terre fonctionnent bien dans la plupart des endroits sur Terre car le sol est humide à plusieurs pieds de profondeur et est donc un bon conducteur. La Terre elle-même fournit une «mer d'électrons» qui neutralise tout ce qui y est connecté, explique Calle.
Il n'y a cependant pas d'humidité dans le sol de la Lune ou de Mars. Même la glace qui imprègne le sol martien n’aiderait pas, car «l’eau gelée n’est pas un très bon conducteur», explique Landis. Les tiges de terre seraient donc inefficaces pour établir un «terrain commun» neutre pour une colonie lunaire ou martienne.
Sur Mars, le meilleur sol pourrait être, ironiquement, l'air. Une minuscule source radioactive «comme celle utilisée dans les détecteurs de fumée» pourrait être attachée à chaque combinaison spatiale et à l'habitat, suggère Landis. Les particules alpha de faible énergie s'envoleraient dans l'atmosphère raréfiée, frappant les molécules et les ionisant (éliminant les électrons). Ainsi, l'atmosphère autour de l'habitat ou de l'astronaute deviendrait conductrice, neutralisant toute charge excessive.
Il serait plus difficile de parvenir à un terrain d'entente sur la Lune, où il n'y a même pas d'atmosphère raréfiée pour aider à purger la charge. Au lieu de cela, un terrain d'entente pourrait être fourni en enterrant une énorme feuille de papier d'aluminium ou un maillage de fils fins, peut-être en aluminium (qui est très conducteur et pourrait être extrait du sol lunaire), sous toute la zone de travail. Ensuite, tous les murs et appareils de l'habitat seraient connectés électriquement à l'aluminium.
La recherche est encore préliminaire. Les idées diffèrent donc parmi les physiciens qui recherchent, enfin, un terrain d'entente.
Source d'origine: communiqué de presse de la NASA
