L'énergie éolienne pourrait alimenter les habitations humaines sur Mars

L'énergie éolienne pourrait contribuer à alimenter les missions humaines sur Mars, selon une étude utilisant le modèle climatique mondial Ames de la NASA pour calculer la variabilité à court terme et saisonnière de l'énergie éolienne qui serait générée par les éoliennes sur la planète rouge. Dirigé par la NASA Victoria Hartwick, l'équipe de recherche suggère que le vent pourrait fournir suffisamment d'énergie à lui seul ou être utilisé en conjonction avec l'énergie solaire ou nucléaire.

Le succès d’une mission avec équipage vers Mars dépendrait de nombreux facteurs, notamment du choix du site. Les études précédentes sur la viabilité des sites se sont concentrées sur l'accès aux ressources physiques, notamment la disponibilité de l'eau ou d'un abri, et n'ont pas nécessairement pris en compte les capacités de production d'énergie des emplacements potentiels. Bien qu'il y ait eu de nombreuses recherches sur l'énergie solaire et nucléaire en tant que sources d'énergie martiennes, l'énergie nucléaire comporte des risques potentiels pour l'homme et les modèles actuels de systèmes solaires n'ont pas la capacité de stockage d'énergie nécessaire pour compenser les variations jour/nuit (diurnes) et saisonnières de la production. Il est donc prudent d’envisager une source alternative telle que l’énergie éolienne pour une production d’énergie stable.

Moins puissant, mais toujours utile

L'énergie éolienne est plus efficace lorsque l'atmosphère est épaisse, mais la faible densité atmosphérique de Mars signifie que le vent sur la planète produit beaucoup moins de force que le vent sur Terre. Pour cette raison, le vent martien n’était pas considéré comme une ressource énergétique viable. Hartwick et ses collègues ont contesté cette hypothèse et montré que les fluctuations diurnes et saisonnières de l'énergie solaire pouvaient être compensées par l'énergie éolienne. Hartwick dit qu'ils « ont été surpris de constater que, malgré la mince atmosphère de Mars, les vents sont encore suffisamment forts pour produire de l'énergie sur de grandes parties de la surface martienne ».

L’étude suggère que l’énergie éolienne pourrait fonctionner en combinaison avec d’autres ressources énergétiques telles que l’énergie solaire pour stimuler la production d’électricité. Cela pourrait être particulièrement utile lors de tempêtes de poussière locales et mondiales, lorsque l’énergie solaire diminue et que l’énergie éolienne disponible augmente. Le vent serait également une ressource utile la nuit et aux alentours du solstice d’hiver.

Système combiné

L'équipe a examiné un système de production hypothétique comprenant des panneaux solaires et une éolienne Enercon E33. Ce dernier est un système de taille moyenne disponible dans le commerce, doté d'un diamètre de rotor de 33 m et d'une puissance nominale de 330 kW sur Terre. Hartwick et ses collègues calculent que la turbine pourrait fonctionner avec une puissance opérationnelle moyenne d'environ 10 kW sur Mars.

Les calculs de l'équipe montrent que la turbine augmenterait le pourcentage de temps pendant lequel la puissance du système combiné dépasse 24 kW de 40 % (panneaux solaires seuls) à 60-90 % (solaire plus éolien). La valeur de 24 kW est significative car elle est considérée comme la puissance minimale requise pour prendre en charge une mission à six équipages.

Bien que l’étude montre que la production éolienne est possible, elle ne serait utile que si elle pouvait être réalisée dans des endroits sur Mars adaptés à l’habitation humaine. Des travaux antérieurs ont pris en compte la géologie, le potentiel des ressources et les limites techniques pour évaluer les sites d'atterrissage. En utilisant ces critères, l’étude de la NASA sur les sites d’atterrissage humain a identifié 50 régions d’intérêt potentielles. Cette étude n’a pas pris en compte la disponibilité énergétique régionale au-delà des simples considérations de latitude et d’ombrage pour l’énergie solaire. Hartwick estime donc que l’énergie éolienne pourrait permettre d’envisager l’exploration et la colonisation d’un plus grand nombre de régions.

Plus d'opportunités

"En utilisant le vent en combinaison avec d'autres ressources énergétiques", explique Hartwick, "il pourrait être possible d'accéder à certaines régions de la planète qui étaient auparavant ignorées, par exemple les latitudes moyennes et les régions polaires de Mars qui sont scientifiquement intéressantes et plus proches des latitudes importantes. réservoirs de glace d’eau souterrains. Ces sites ne seraient pas viables si l’énergie solaire était la ressource énergétique prédominante.

Hartwick suggère que la stabilité est la considération la plus importante pour alimenter les futures missions avec équipage vers Mars – une grande quantité d’énergie ininterrompue doit être produite. L’utilisation d’une combinaison d’éoliennes et de panneaux solaires pourrait permettre aux missions de se localiser sur une grande partie de la planète.

L’énergie éolienne pourrait également révolutionner la façon dont les humains obtiennent de l’énergie ailleurs dans le système solaire. Hartwick se dit « particulièrement intéressée par le potentiel énergétique d’une lune comme Titan, qui a une atmosphère très épaisse mais froide ». Néanmoins, il reste encore un travail interdisciplinaire à faire – notamment du point de vue de l’aérospatiale et de l’ingénierie – pour déterminer l’efficacité opérationnelle et la viabilité technique.

Différentes éoliennes

Alors que la majeure partie de la recherche s'est concentrée sur l'Enercon E33, l'équipe a également examiné différentes tailles de turbines, allant des microturbines utilisées pour les petits besoins énergétiques unifamiliaux aux turbines standard de 5 MW (sur Terre), et plus encore. L'utilisation de tels systèmes pourrait aller de la fourniture d'énergie pour les habitats de surface et les systèmes de survie à l'entretien des équipements scientifiques. Un autre facteur à prendre en compte est le transport des éoliennes et des matériaux associés vers Mars – un processus qui devrait minimiser la masse envoyée à travers l’espace interplanétaire. Bien que ce transport doive inclure du matériel d'excavation, certaines suggestions suggèrent que le sol martien pourrait être utilisé en remplacement du béton utilisé pour ancrer les turbines sur Terre.

La longue route vers Mars

À mesure que de nouveaux sites potentiels d'atterrissage sur Mars seront identifiés, les études futures pourraient impliquer des simulations à haute résolution dans le but de mieux comprendre comment la topographie et les conditions de surface spécifiques affectent le vent. Cela pourrait modifier les capacités des futures opérations spatiales. Hartwick dit que c’est « vraiment la référence lorsque l’on considère les besoins énergétiques d’une potentielle mission humaine sur Mars ».

La recherche est décrite dans Nature Astronomie.

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• La source: https://physicsworld.com/a/wind-energy-could-power-human-habitations-on-mars/