Mesure de la conductivité électrique pour étudier la formation de saumures dans des conditions martiennes

Résumé

L’objectif du protocole est de surveiller l’hydratation des sels et le processus de formation de la saumure. La conductivité électrique est utilisée comme technique de mesure. Les expériences sont réalisées dans un environnement martien simulé de température, d’humidité relative et d’atmosphère de dioxyde de carbone.

Résumé

Cet article décrit un protocole pour concevoir des expériences visant à étudier la formation de saumures dans des conditions martiennes et à surveiller le processus avec des mesures de conductivité électrique. Nous avons utilisé l’instrument HABIT)/ExoMars 2022 pour la configuration de l’expérience, mais nous fournissons un bref compte rendu de la construction d’une configuration de mesure de conductivité électrique simple et peu coûteuse. Le protocole sert à calibrer les mesures de conductivité électrique de la déliquescence du sel en saumure dans un environnement martien simulé. Les conditions martiennes de température (-70 °C à 20 °C), d’humidité relative (0 % à 100 %) et de pression (7 à 8 mbar) avec une atmosphère de dioxyde de carbone ont été simulées dans la chambre de simulation martienne de SpaceQ, une installation de l’Université de technologie de Luleå, en Suède. La forme hydratée de la quantité connue de sel logée entre une paire d’électrodes et donc la conductivité électrique mesurée dépendent principalement de sa teneur en eau et de la température et de l’humidité relative du système. Des mesures de conductivité électrique ont été effectuées à 1 Hz tout en exposant les sels à une humidité relative en constante augmentation (pour forcer la transition à travers divers hydrates) à différentes températures martiennes. À des fins de démonstration, un cycle jour-nuit à Oxia Planum, sur Mars (le site d’atterrissage de la mission ExoMars 2022) a été recréé.

Introduction

L’un des principaux sujets de recherche de l’exploration planétaire est le cycle de l’eau, mais il est difficile de concevoir une procédure générale, robuste et évolutive, qui permette de suivre l’interaction de l’atmosphère avec le sol. Les simulations en laboratoire peuvent recréer les atmosphères planétaires, les surfaces et les interactions à l’intérieur. Cependant, cela s’accompagne d’un défi, qu’il s’agisse de l’achat de l’équipement nécessaire ou de la formation du personnel. Cet article décrit un protocole pour concevoir des expériences visant à étudier la formation de saumures dans des conditions martiennes de température, d’humidité relative et d’atmosphère de dioxyde de carbone, et surveille le processus avec des mesures de conductivité électrique. Nous fournissons également un bref compte rendu de la construction d’une configuration de mesure de conductivité électrique simple et peu coûteuse. Le protocole peut être adapté pour concevoir des expériences similaires dans le vide ou dans d’autres atmosphères planétaires.

Importance des études sur la formation de la saumure
Les sels hygroscopiques peuvent absorber la vapeur d’eau atmosphérique pour former des solutions liquides dans un processus appelé déliquescence. Ce processus crée de la saumure dans des conditions favorables à la surface de la Terre et de Mars, qui est susceptible d’exister à certains moments et en certains lieux. Le processus inverse appelé efflorescence est également possible lorsque les saumures se déshydratent dans des conditions défavorables. L’existence plausible de saumures à la surface ou sous la surface de Mars a plusieurs implications sur les études terrestres et martiennes actuelles. De plus, les sels peuvent hydrater, retenir et libérer des molécules d’eau, ce qui affecte également le cycle de l’eau et les propriétés du régolithe.

Il y a un intérêt international croissant pour la détermination des conditions de température, d’humidité relative et de pression qui sont favorables à la formation de saumures dues à la déliquescence des sels et des mélanges de sels, tant pour la Terre que pour Mars. Les observations sur le terrain des pistes d’eau sombres et abruptes près du bassin versant de l’étang Don Juan (DJP) et la formation de zones humides dans les vallées sèches de McMurdo en Antarctique ont été attribuées à la formation de saumure dans les sédiments riches en chlorure de calcium¹.

Ces résultats ont également été validés par des expériences en laboratoire simulant des températures basses comprises entre -30 °C et 15 °C et une humidité relative comprise entre 20 % et 40 %². Les évaporites chlorurées de la région de Yungay, dans le noyau hyper-aride du désert d’Atacama, au Chili, peuvent absorber l’eau et abriter une vie microbienne³. Les processus qui se produisent dans le DJP et dans les endroits les plus secs de la Terre, tels que le désert d’Atacama, peuvent être analogues à plusieurs des études martiennes, suggérant que des processus similaires pourraient se produire sur Mars 1,2,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 ^,14,15,16. De récentes observations par télédétection du Salar d’Uyuni (Altiplano bolivien) ont décrit un processus similaire à ce qui est observé sur Mars depuis l’orbite¹⁷. Malgré des conditions difficiles, le processus de formation de saumure induit par la déliquescence peut maintenir l’eau liquide en quantités suffisamment importantes pour permettre aux colonies de bactéries de prospérer profondément dans les nodules de sel³. Cela intéresse les astrobiologistes et les planétologues.

L’absorption diurne et la désorption de l’humidité atmosphérique par les sels déliquescents du régolithe martien ont été signalées ^4,5. Le processus de formation de saumure des perchlorates existant sur Mars a déjà été étudié, en observant les changements de phase ou d’état d’hydratation des particules de sel individuelles ^1,9,18. Différentes études liées à la saumure ont également été réalisées dans des conditions pertinentes pour Mars afin de déterminer les valeurs d’humidité relative auxquelles les sels et mélanges de sels pertinents pour Mars subiront une déliquescence et une efflorescence 19,20,21. D’autres ont utilisé ces conditions expérimentales pour étudier les taux d’évaporation des saumures à la température martienne, à l’humidité relative et à l’atmosphère de dioxyde de carbone²².

Méthodes de détection et de surveillance de la formation de saumure
Plusieurs méthodes existent pour surveiller le processus de formation de la saumure. L’observation visuelle et les images dans les longueurs d’onde visibles sont les plus simples. La pesée des sels pour surveiller l’augmentation de la masse pourrait bien être utilisée²³. Habituellement, les paramètres environnementaux tels que la température, l’humidité relative et la pression sont surveillés pour interpréter correctement les observations. Certaines études ont utilisé un hygromètre. Les propriétés hygroscopiques des sels peuvent également être mesurées à l’aide d’analyseurs de mobilité différentielle ou de balances électrodynamiques, mais leur fonctionnement n’est pas assez précis au-delà d’une humidité relative de 90%²⁴. Dans des études récentes, les microscopes électroniques à transmission et à balayage (MET et MEB) ont été largement utilisés. Ces deux microscopes ont des cellules environnementales qui permettent d’étudier l’interaction de l’eau avec des particules de sel individuelles²⁴. Les changements de phase et les transitions dans les particules de sel individuelles sont généralement détectés à l’aide de la spectroscopie optique, infrarouge (IR) ou Raman incorporée dans le dispositif expérimental 8,13,19,20,25. Les méthodes spectroscopiques existantes offrent de bonnes limites d’observation et une détection claire des changements de phase, mais elles ne sont pas compatibles pour la surveillance des échantillons de sel en vrac et pour la surveillance continue du processus de formation de la saumure à travers les étapes intermédiaires des transitions de phase. De plus, les dispositifs microscopiques basés sur le laser, tels que le « microscope Raman », sont coûteux et peuvent nécessiter un dispositif expérimental complexe.

Nous utilisons la conductivité électrique comme technique de mesure. Des mesures visant à déterminer l’humidité relative à laquelle les sels subissent une déliquescence ont été effectuées à l’aide de la conductivité électrique lorsque les valeurs dérivées étaient en bon accord avec celles déterminées à l’aide d’un hygromètre standard²⁶. La série chronologique du processus de formation de saumure des sels déliquescents a été étudiée à l’aide de la conductivité électrique précédemment par Heinz et ^al.27. Ici, ils ont utilisé un mélange de simulant JSC Mars-1a et de perchlorates ou chlorures. La technique de conductivité électrique a également été utilisée pour détecter l’eau liquide ou gelée dans les sols^28,29. L’avantage de cette méthode est qu’elle peut être appliquée à la fois à des échantillons de petite et de moyenne taille, à condition qu’ils soient contenus dans l’espace entre les deux électrodes.

Ce protocole pourrait être utile pour concevoir des expériences similaires qui impliquent de contrôler la température et l’humidité relative dans le vide ou de simuler les atmosphères extraterrestres telles que Mars et autres.

Figure 1 : Construction du dispositif d’expérimentation. Un schéma fonctionnel montrant une configuration simple de mesure de conductivité électrique comprenant les principaux composants tels que les électrodes, les circuits de mesure et un Arduino. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

La conductivité électrique des saumures peut être mesurée à l’aide d’une configuration simple et peu coûteuse, comme le montre la figure 1. Les produits spécifiques pour construire la configuration sont donnés dans la table des matériaux. L’installation se compose principalement d’une paire d’électrodes métalliques de mêmes dimensions séparées par une distance connue à l’intérieur de laquelle le sel ou les mélanges de sels pour l’étude sont logés. Un détecteur de température à résistance PT1000 peut être utilisé pour mesurer la température des sels. L’une des extrémités plates des électrodes peut être soudée à chaque borne d’un câble coaxial blindé. De même, les deux bornes du capteur peuvent être soudées à un autre câble coaxial blindé. Les autres extrémités de chacun de ces câbles coaxiaux peuvent être connectées aux circuits pour mesurer respectivement la conductivité électrique et la température. Une carte Arduino et un simple moniteur de données série peuvent être utilisés pour récupérer les données et les stocker.

Dans le cadre de cette expérience, nous utilisons le modèle de qualification en ingénierie (EQM) de l’instrument HABIT/ExoMars 2022, la réplique la plus proche du modèle de vol (FM) qui sera envoyé sur Mars en 2022. HABIT est l’abréviation de HabitAbility : Saumures, Irradiation et Température. Il s’agit de l’une des deux charges utiles européennes de la plate-forme de surface ExoMars 2022 Kazachok et a pour objectif d’étudier les conditions d’habitabilité sur le site d’atterrissage, Oxia planum, sur Mars. L’expérience BOTTLE (Brine Observation Transition To Liquid Experiment) est l’un des composants de l’instrument HABIT dans le but de démontrer la stabilité de l’eau liquide sur Mars³¹. Le protocole décrit ici sert à calibrer les mesures de conductivité électrique en fonction de la formation de saumure dans des conditions martiennes de température, d’humidité relative et d’atmosphère de dioxyde de carbone³¹. Ceci est utilisé pour récupérer les mesures de conductivité électrique calibrées de BOTTLE qui aident à la détection du processus de formation de saumure liquide sur Mars, qui est l’un de ses principaux objectifs^{de mission 18}. Par étalonnage, nous faisons ici référence à l’étalonnage au niveau de l’expérience. L’étalonnage au niveau de l’instrument est effectué en déterminant les constantes géométriques des cellules de chaque paire d’électrodes et en utilisant des étalons d’étalonnage de conductivité électrique connue³¹.

Protocole

1. Construction du dispositif d’expérience pour la mesure de la conductivité électrique

1. Choisissez les dimensions des électrodes et la distance entre la paire d’électrodes. Les dimensions des électrodes dépendent des dimensions du récipient d’échantillon et donc de la quantité de sels utilisés. Les dimensions du récipient HABIT BOTTLE mentionnées ci-dessous peuvent être prises comme référence pour le récipient d’échantillon et la quantité de sels peut être référencée à partir de l’étape 2.1. La constante géométrique de la cellule peut être dérivée de l’équation (1).
   (1)
   où, d - distance entre la paire d’électrodes, et
   A - Aire des électrodes (= Longueur x Largeur).
   La constante géométrique de la cellule, K, détermine la plage de conductivité électrique à laquelle le dispositif de mesure est sensible. Par exemple, K = 1 ^cm-1 peut mesurer dans une plage de 5 à 200 000 μScm-1 tandis que K = 10 ^cm-1 peut mesurer dans une plage de 10 μScm-1 à 1 ^Scm-1. Il peut y avoir différents niveaux de paires d’électrodes. Le choix du matériau peut être parmi le cuivre, le platine, l’or, etc. Plusieurs expériences à long terme menées dans les installations d’Omnisys Instrument AB, en Suède, avec des électrodes en or et en platine, faisant passer du courant continu (DC) dans un milieu saumure, ont montré que les électrodes en or sont préférées en termes de meilleure résistance à la corrosion pour cette opération.
   REMARQUE : HABIT dispose d’un total de 16 paires d’électrodes avec la possibilité d’étudier six sels différents à trois niveaux (deux cellules d’angle ne mesurent qu’avec des paires d’électrodes basses et moyennes) séparées dans un récipient de dimensions 25 mm x 15 mm x 15 mm (L x l x H). BOTTLE utilise trois niveaux de paires d’électrodes de dimensions : Basse : 1,6 x 0,4, Moyenne : 1,6 x 0,2, Élevée : 1,6 x 0,2, séparées à 2,5 cm, produisant une constante de cellule de 3,9062 ^cm-1 et 7,8125 ^cm-1. Les mesures ont été effectuées à l’aide d’un système de mesure optique (par exemple, Mitutoyo MF 176).
2. Préparez un récipient avec des surfaces planes pour contenir les sels à étudier, comme le montre la figure 1. La taille du récipient peut être choisie en fonction des dimensions géométriques des électrodes et de la distance entre la paire d’électrodes où les sels sont logés. La configuration de plusieurs conteneurs peut être adaptée. Les récipients peuvent être imprimés en 3D en PLA ou de préférence fraisés avec de l’aluminium ou un autre métal, ils doivent être protégés contre la perte d’eau sous forme de vapeur ou de fuite de liquide à travers les parois.
3. Préparez le revêtement de résine époxy 2216 et appliquez-le sur les parois du ou des récipients. Laissez-le pendant une heure pour qu’il prenne et durcissez le(s) récipient(s) revêtu(s) à 66 °C pendant 2 heures.
   REMARQUE : Le revêtement époxy peut être dissous dans un solvant et pulvérisé pour de meilleurs résultats.
4. Placez la paire d’électrodes sur les parois opposées du ou des récipients et collez-les avec la résine époxy 2216 qui a déjà été appliquée.
5. Utilisez un long câble coaxial blindé et soudez les extrémités d’un côté au point de contact de chacune des électrodes par paire.
6. Connectez l’autre extrémité du câble coaxial blindé aux deux bornes du circuit de mesure de conductivité électrique.
   REMARQUE : Un circuit de mesure de conductivité électrique simple peut être construit avec une borne à une source de tension alternative pour générer des impulsions électriques à une fréquence spécifiée et l’autre borne à un circuit diviseur de tension pour lire la chute de tension aux bornes de la paire d’électrodes. Les broches de sortie numérique de l’Arduino peuvent être utilisées en mode PWM (Pulse Width Modulated) pour générer la tension alternative requise. La tension alternative est utilisée pour empêcher la corrosion des électrodes. La chute de tension aux bornes de la paire d’électrodes peut également être mesurée à l’aide des broches d’entrée analogiques de l’Arduino avec son convertisseur analogique-numérique (CAN) 10 bits intégré. D’autres circuits commerciaux sont également disponibles.
7. De même, utilisez de la pâte thermique pour coller le détecteur de température à résistance (RTD) PT1000 sur l’une des parois du ou des conteneurs.
8. À l’aide d’un autre long câble coaxial blindé, connectez d’un côté les deux bornes du capteur PT1000 et l’autre côté d’un circuit de mesure de température.
   REMARQUE : Un circuit de mesure de température simple peut être construit avec une borne à une source de tension continue et l’autre borne à un circuit diviseur de tension pour lire la chute de tension aux bornes du capteur PT1000 qui peut être mesurée avec les broches d’entrée analogiques de l’Arduino avec son convertisseur analogique-numérique (CAN) 10 bits intégré. D’autres circuits commerciaux sont également disponibles.
   1. Pour préparer l’instrument HABIT au montage expérimental, séparez la connexion câblée entre le composant BOTTLE et l’unité électronique (UE). Ensuite, dévissez les 8x boulons M3 de la BOUTEILLE, pour retirer le couvercle supérieur et le porte-filtre HEPA afin d’exposer les six cellules ouvertes. Avant d’introduire les sels à étudier, nettoyez les cellules et les électrodes de la BOUTEILLE, de préférence à l’aide d’une solution de nettoyage d’électrodes et d’un coton-tige stérile pour éliminer toute particule ou liquide.
   2. Effectuer l’étalonnage des mesures de conductivité électrique de l’installation avant l’introduction des sels, à l’aide d’un ensemble d’étalons d’étalonnage avec des valeurs de conductivité électrique connues pour déterminer les coefficients de fonction d’étalonnage pour chaque paire d’électrodes. Utilisez la mesure de conductivité électrique de 0,0364 ^μScm-1 (comme point zéro ou point sec) lorsque BOTTLE a été soumis à des conditions de vide dans une chambre à vide thermique et maintenu à 25 °C comme conductivité électrique zéro absolue du système. De plus, utilisez deux étalons d’étalonnage : 84 ^μScm-1 et 1413 μScm-1 pour obtenir une fonction d’étalonnage en deux points, comme indiqué dans l’équation (2).
      (2)
      où, σ_étalonné - Conductivité électrique réelle étalonnée,
      σ_mesuré - Conductivité électrique brute mesurée, et
      a_{2,a 1,a 0} - Constantes polynomiales
   3. Intégrez la conductivité électrique brute mesurée par la configuration dans la fonction d’étalonnage dérivée pour obtenir une mesure de conductivité électrique réelle.
      REMARQUE : L’étalonnage initial est réalisé tout en maintenant la température du système à 25 °C. Cependant, à mesure que la température change au cours de l’expérience, les valeurs de conductivité électrique changent. Comme il devient complexe de dériver les fonctions de température en fonction de la conductivité électrique à différentes températures, nous utilisons les données de température uniquement pour déterminer l’état de phase de la saumure. Nazarious et ^al.31 ont discuté de cet aspect en détail.

2. Manipulation des échantillons de sel déliquescent

1. Pesez une quantité spécifique de sel ou d’échantillon qui est prise en compte pour l’étude. Nous avons pesé 1,5 g de chacun des quatre sels différents : chlorure de calcium CaCl₂, sulfate ferrique Fe₂(SO₄)₃, perchlorate de magnésium Mg(ClO₄)₂ et perchlorate de sodium NaClO₄dans des récipients individuels.
   ATTENTION : Certains sels, en particulier les perchlorates, sont corrosifs et tout contact avec la peau ou les yeux doit donc être évité.
   1. Utilisez des vêtements chimiques, des lunettes de protection et des gants en nitrile appropriés lors de la manipulation des sels. En cas de contact avec la peau ou les yeux, rincez immédiatement abondamment à l’eau et consultez un médecin.
      REMARQUE : En plus des sels, nous avons ajouté 0,75 g de sel de sodium d’acide alginique (polymère super absorbant, SAP) dans chacun des quatre récipients avec du sel et mélangé soigneusement pour obtenir un mélange uniforme de sel et de SAP. Nous avons utilisé SAP comme agent solidifiant comme mesure de sécurité pour éviter que la saumure ne remonte par capillarité et ne s’écoule de l’instrument du modèle de vol. Alors que les sels absorbent l’eau gazeuse de l’environnement atmosphérique, le SAP absorbe l’eau à l’état liquide, de la saumure liquide des sels une fois qu’il est en contact avec elle. L’ajout de SAP était purement dû aux limitations techniques pour le stockage des sels dans des conditions terrestres (avant le lancement d’ExoMars en 2022) et a moins de signification pour l’expérience elle-même. Par conséquent, la mesure de la conductivité électrique est le résultat du mélange sel+SAP+eau qui est attendu. Étant donné que le but de cette expérience est de surveiller l’absorption de l’eau dans l’ensemble du système, les changements de conductivité électrique de l’état sec sel + SAP à l’état hydraté sont jugés pertinents pour l’interprétation. La procédure d’étalonnage a également été effectuée pour la même combinaison sel+SAP.
   2. Utilisez les mêmes mélanges et poids de sel et de SAP que ceux utilisés pour le modèle de vol du composant BOTTLE de l’instrument HABIT/ExoMars.

3. Alimentation des échantillons de sel dans le dispositif d’expérience

1. Transférez avec précaution l’intégralité du sel précédemment pesé à l’étape 2 dans le(s) récipient(s) de l’expérience.
   REMARQUE : Le mélange sel-SAP précédemment pesé a été soigneusement transféré dans les quatre cellules de BOTTLE dans l’ordre suivant : Cellule-2 : chlorure de calcium CaCl₂, Cellule-3 : sulfate ferrique Fe₂(SO₄)₃, Cellule-4 : perchlorate de magnésium Mg(ClO₄)₄, Cellule-5 : perchlorate de sodium NaClO₄. Les cellules 1 et 6 sont restées vides.
   1. Suivez le même ordre dans le modèle de vol de BOTTLE, de sorte que cette configuration et cette expérience sont ciblées vers l’étalonnage et l’interprétation de son fonctionnement sur Mars.
2. Nivelez la surface supérieure des sels de manière à ce qu’ils recouvrent les électrodes. Choisissez la quantité de sels pour atteindre ce critère.
   REMARQUE : Chaque mélange sel-SAP de BOTTLE pesait 2,25 g au total et couvrait l’électrode basse de chaque cellule. Cette quantité a été choisie pour que la saumure formée ne déborde pas.
3. Utilisez un filtre HEPA pour couvrir le haut du ou des contenants. Cela permettra l’interaction des sels avec l’humidité relative ambiante de l’environnement simulé.
   REMARQUE : Un filtre HEPA à base de nylon avec un cadre de support a été utilisé pour couvrir les mélanges sel-SAP dans BOTTLE et le couvercle supérieur de BOTTLE a été fixé avec 8 boulons M3.

4. Installation du dispositif d’expérimentation dans la chambre de simulation

1. Placez le(s) conteneur(s) d’expérience dans la chambre de simulation³². Assurez-vous d’un bon contact thermique entre la table de travail de la chambre et le(s) récipient(s).
2. Placez le circuit de mesure de conductivité électrique et de température à l’extérieur de la chambre. Cela évitera tout bruit induit par la température dans les circuits qui pourrait compromettre les mesures.
3. Effectuer la connexion d’alimentation et de données entre les circuits de mesure et le(s) conteneur(s) à travers un connecteur intermédiaire de la chambre de simulation.
   REMARQUE : BOTTLE utilise un câble divisé dédié pour ses 2x connecteurs DB-9 de l’UE vers le connecteur intérieur DB-25 de la chambre. Le câble divisé est un câble de connexion d’alimentation et de données personnalisé spécifique à cet effet. De l’extérieur du connecteur DB-25 de la chambre, un autre câble divisé avec les connexions d’alimentation a été branché à une alimentation CC et les 2 connexions de données USB à un ordinateur portable avec le logiciel HABIT EQM LabView installé.

5. Commandes de la chambre de simulation

Figure 2 : Commandes de la chambre de simulation³². Représentation de la chambre de simulation de Mars avec ses différents systèmes de contrôle de la température, de l’humidité relative et de la pression du dioxyde de carbone. Les prises de courant et de connexion de données sont également illustrées. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

1. Maintien de la température de la table de travail entre 20 °C et -30 °C
   REMARQUE : La température de la table de travail est régulée à l’aide du système de traversée d’azote liquide (LN₂) conformément au protocole illustré à la figure 2. Initialement, la chambre est maintenue à la température ambiante du laboratoire.
   1. Ouvrez la vanne pour le débit de LN₂. La température commencera à diminuer.
   2. Réglez la température souhaitée sur le contrôleur de retour. Le capteur de température PT100 monté sur la table de travail agit comme une boucle de rétroaction.
   3. Une fois la température souhaitée atteinte, fermez la vanne pour arrêter le débit de LN₂.
2. Maintien de la pression du dioxyde de carbone
   1. Allumez la pompe à vide jusqu’à ce que la pression à l’intérieur de la chambre indique le vide.
   2. Une fois que la chambre est sous vide, éteignez la pompe à vide et injectez dans la chambre du gaz CO₂ jusqu’à ce qu’elle atteigne la pression de 7-8 mbar.
3. Maintien de l’humidité relative
   1. Injectez l’eau par incréments de 0,5 mL à l’aide d’une seringue Swagelok en acier inoxydable fixée à la chambre. Cela augmentera progressivement l’humidité relative.
      REMARQUE : La seringue est à son tour connectée à un robinet à bille afin que la seringue puisse être utilisée pour injecter de l’eau plusieurs fois.
   2. Assurez-vous que la pression est dans les limites. Sinon, relâchez la pression en ajustant la vanne.

6. Expérience de conductivité électrique par rapport à l’humidité relative

Figure 3 : Expérience de conductivité électrique en fonction de l’humidité relative. Etapes du protocole d’expérience pour réaliser l’expérience d’étalonnage afin de dériver la relation de conductivité électrique en fonction de l’humidité relative. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

1. Allumez la pompe à vide rotative pour évacuer tout l’air de l’intérieur de la chambre. La pression à l’intérieur de la chambre sera réduite à un ordre de ^10-3 mbar.
   REMARQUE : L’humidité relative sera proche de zéro. La température ambiante de la table de travail de la chambre est d’environ 20 °C. Il peut y avoir une augmentation de la conductivité électrique et de la température de la BOUTEILLE (la déliquescence est une réaction exothermique) à mesure que la pression est réduite.
2. Injectez soigneusement l’atmosphère de dioxyde de carbone de la bouteille de gaz pour maintenir une pression comprise entre 7 et 8 mbar.
3. Réglez la température de la table de travail sur une certaine valeur de sorte que le PT1000 mesurant la température du récipient enregistrera 20 °C.
4. Attendez environ 5 minutes à 20 °C pour atteindre l’équilibre et commencez l’acquisition des données en suivant l’étape 7.
5. Injectez lentement de l’eau à l’intérieur de la chambre à l’aide du système de seringue et maintenez l’humidité relative à 10 % et attendez 5 minutes pour atteindre l’équilibre. Si la pression augmente lors de l’augmentation de l’humidité relative, ajustez la vanne de la pompe à vide rotative pour éliminer l’atmosphère supplémentaire.
6. Le ralentissement augmente l’humidité relative à 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % et 100 %. À chaque valeur d’humidité relative, maintenez-la pendant environ 5 minutes pour atteindre l’équilibre et commencez l’acquisition des données en suivant l’étape 7.
   REMARQUE : Ceci conclut une série d’expériences d’étalonnage selon le protocole illustré à la figure 3.
7. L’échantillon de sel a peut-être formé la saumure à ce moment-là. Jetez les échantillons de sel du ou des contenants.
8. Renouvelez les échantillons de sel pour l’expérience suivante après l’étape 8.
9. De même, réduisez la température de la table de travail pour maintenir la température du récipient à 15 °C, 10 °C, 5 °C, 0 °C, -5 °C, -10 °C, -15 °C, -20 °C, -25 °C et -30 °C. À chaque arrêt, répéter les étapes 6.5 à 6.8 pour effectuer la mesure de la conductivité électrique des échantillons de sel.
   REMARQUE : Par mesure de sécurité, en dessous de -33 °C, le chauffage de la BOUTEILLE se mettra en marche pour maintenir une température comprise entre -30 °C et -33 °C. Par conséquent, nous avons mené des expériences jusqu’à -30 °C. Mais on peut choisir d’opter pour des températures plus basses.
10. Il est possible d’atteindre la température ambiante à partir de la température la plus froide de -30 °C en arrêtant l’expérience, en libérant le vide et en ouvrant la porte avant de la chambre, ce qui permet à l’air ambiant du laboratoire de se mélanger et d’augmenter naturellement la température du récipient. Pour des données supplémentaires, on peut choisir de laisser la température augmenter naturellement à l’intérieur de la chambre. Ce sera cependant un processus très lent et peut prendre de 7 à 10 heures.

7. Enregistrement et sauvegarde des données

1. Utilisez le moniteur série intégré d’Arduino ou un logiciel de moniteur série tiers (par exemple, m Teraterm, Realterm, etc.).
2. Configurez l’Arduino pour qu’il lise les circuits de mesure à une fréquence de 1 Hz pendant une heure continue suivie des 5 premières minutes de chaque heure. Cela peut s’appliquer à la simulation mariale jour-nuit décrite à l’étape 9.
3. Réglez la tension d’alimentation CC comme spécifié pour les circuits de mesure.
   REMARQUE : Le câble d’alimentation d’HABIT est connecté à une alimentation CC de 28 V et les 2 connexions de données USB à un ordinateur portable sur lequel le logiciel HABIT EQM LabView est installé. Le logiciel ne prend en charge que Windows 10.
4. Entrez le port série COM pour la connexion de données et exécutez le programme Arduino.
   REMARQUE : reportez-vous au Gestionnaire de périphériques pour identifier les ports COM appropriés.
5. Acquérez des données pendant les 100 premières secondes et arrêtez l’acquisition de données en fermant le moniteur série. N’oubliez pas de copier les données à partir de la fenêtre du moniteur série Arduino.
6. Ouvrez un éditeur de texte et collez les données copiées pour les enregistrer au format de fichier de données .txt ou .csv pour faciliter le post-traitement à l’aide de MATLAB ou Python.
   REMARQUE : Les logiciels tiers peuvent avoir une fonction d’enregistrement automatique.
7. Nommez le fichier de données pour qu’il corresponde à la description de l’expérience.
8. Pour la prochaine série d’acquisition de données, commencez par redémarrer la configuration de l’expérience en éteignant et en rallumant l’alimentation CC et répétez les étapes 7.3 à 7.7.
   1. Pour le logiciel HABIT EQM LabView : Dans l’onglet Principal , entrez les deux ports COM COM Port 1 et COM Port 2, chacun correspondant à l’une des connexions de données USB. Cliquez sur Connecter , puis sur Démarrer pour l’acquisition de données à une fréquence de 1 Hz. Enregistrez les données pendant les 100 premières secondes.
   2. Affichez les données acquises en cliquant sur l’onglet Déboguer et sur Ouvrir dans la vue des données en temps réel. Cela ouvrira une nouvelle fenêtre avec plusieurs onglets correspondant chacun à différentes mesures de l’instrument HABIT. Pour cette expérience, nous nous intéressons aux onglets : « Cellule 2 », « Cellule 3 », « Cellule 4 », « Cellule 5 », « Température de l’UE » et « Température CU ». Les données seront enregistrées sous le nom « Log.txt » au format HEX dans le dossier « C :\LABVIEW\Data » de l’ordinateur portable. La réexécution du logiciel remplacera les données existantes dans le fichier « Log.txt ».

8. Renouvellement des échantillons de sel

REMARQUE : Cette étape est suivie pour introduire des échantillons de sel sec pour chaque nouvelle expérience.

1. Arrêtez l’expérience, débranchez soigneusement les câbles et déchargez le(s) conteneur(s) de l’expérience de la chambre de simulation.
2. Retirez avec précaution le filtre HEPA et les échantillons de sel du ou des récipients et placez-les dans des sacs scellés séparés contre les risques biologiques.
   REMARQUE : Les perchlorates et les autres sels ne peuvent pas être éliminés en toute sécurité dans l’évier avec de l’eau courante ou lors de l’élimination générale des déchets. Il faut prendre soin de les emballer dans des sacs scellés contre les risques biologiques et de les éliminer conformément aux normes d’élimination des déchets chimiques. Si d’autres échantillons sont étudiés, tels que des échantillons de régolithe, des polymères, etc., les déchets peuvent être manipulés conformément aux recommandations de la fiche de données de sécurité (FDS) de ces produits.
3. Nettoyez délicatement et remettez le ou les contenants à l’état pour la prochaine expérience.
4. Suivez les étapes 2 à 4 pour remplir les échantillons de sel dans le(s) contenant(s) et les remettre à l’intérieur de la chambre de simulation.

9. Simulation d’un cycle jour-nuit sur Mars

Figure 4 : Simulation d’un cycle jour-nuit sur Mars. Étapes du protocole de l’expérience pour la réalisation de la simulation de Mars Sol. Veuillez noter que les étapes 6 et 7 sont inversées à partir de la figure 3 puisque pour la simulation jour-nuit martienne, l’humidité relative est initialement fixée à plus de 80 % avant la baisse de température (transition jour-nuit). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

1. Suivez les étapes 2 à 4 pour configurer l’expérience de démonstration.
2. Suivez l’étape 7 pour configurer l’enregistrement des données de l’expérience et acquérir des données continues pendant la première heure et pendant les 5 premières minutes de données toutes les heures, à une fréquence de 1 Hz.
   REMARQUE : HABITUDE utilise ce type de programme pour surveiller à une bonne fréquence et éviter de surexposer les électrodes au courant alternatif.
3. Simulation des conditions environnementales à Oxia Planum, Mars dans la chambre
   REMARQUE : Nous avons utilisé la chambre de simulation martienne de SpaceQ, une installation de l’Université de technologie de Luleå, en Suède, pour cette démonstration, comme le montre la figure 4.
   REMARQUE : Oxia Planum est le site d’atterrissage prévu d’ExoMars 2022 sur Mars.
   1. Allumez la pompe à vide rotative pour évacuer tout l’air de l’intérieur de la chambre. La pression à l’intérieur sera réduite à un ordre de ^10-3 mbar.
      REMARQUE : L’humidité relative sera proche de zéro. La température ambiante de la table de travail de la chambre est d’environ 20 °C. Il peut y avoir une augmentation de la conductivité électrique et de la température du récipient (la déliquescence est une réaction exothermique) à mesure que la pression est réduite.
   2. Injectez soigneusement l’atmosphère de dioxyde de carbone de la bouteille de gaz pour maintenir une pression comprise entre 7 et 8 mbar.
   3. Injectez lentement de l’eau à l’intérieur de la chambre à l’aide de la seringue Swagelok pour augmenter progressivement l’humidité relative. Veillez à régler la vanne de la pompe à vide rotative pour éliminer l’atmosphère supplémentaire si la pression augmente au-delà des limites requises.
   4. Maintenez la pression atmosphérique du dioxyde de carbone d’environ 7-8 mbar à environ 80 % d’humidité relative.
   5. Ouvrez lentement la valeur du système de traversée LN₂ pour réduire la température de la table de travail afin de simuler la transition jour-nuit martienne. Observez la différence possible entre la température de la table de travail et la température du récipient.
      REMARQUE : Le taux de diminution de la température peut être contrôlé en ajustant le débit LN₂ .
   6. Laissez la température baisser jusqu’à ce que la température du récipient atteigne -30 °C (température de la table de travail de -70 °C), puis coupez le flux LN₂ .
      REMARQUE : Par mesure de sécurité, en dessous de -33 °C, le chauffage BOTTLE se mettra en marche pour maintenir une température comprise entre -30 °C et -33 °C. Par conséquent, nous avons mené l’expérience jusqu’à -30 °C. Mais on peut choisir d’opter pour des températures plus basses.
   7. La table de travail et le(s) conteneur(s) se réchaufferont lentement à la température ambiante du laboratoire (transition nuit-jour). L’humidité relative augmentera également, tout comme la pression. N’oubliez pas d’actionner la vanne de la pompe à vide rotative pour éliminer l’excès de pression.
      REMARQUE : Ici, avec l’humidité relative, nous voulons corréler la quantité de vapeur d’eau dans l’air. Étant donné que le capteur d’humidité relative mesure l’air, il est raisonnable de dire que plus la teneur en humidité est élevée, plus l’humidité relative est élevée. Initialement, lorsque la table de travail est gelée à -30 °C, la vapeur d’eau est condensée et gelée sur la table, et lorsque la température augmente, cette eau condensée s’évapore à des pressions martiennes et est détectée comme de l’humidité dans l’air par le capteur d’humidité relative. Les changements de l’humidité relative de l’air ambiant sont donc dus à un changement de l’état de l’eau, et à un dégagement de givre de la table de travail dans l’air sous forme de vapeur lorsque la température augmente.
   8. Lorsque la température du récipient atteint 20 °C (similaire à la température de la table de travail), arrêtez l’expérience, libérez le vide et ouvrez la porte avant de la chambre pour retirer la configuration de l’expérience.

Résultats

Les données acquises dans HABIT sont au format HEX et sont converties au format ASCII avant d’être analysées. Les expériences d’étalonnage ont établi une relation entre les valeurs de conductivité électrique correspondant aux formes d’hydrates des quatre différents mélanges sel-SAP à différentes températures martiennes et conditions d’humidité relative. La relation à 25 °C est illustrée à la figure 5A pour l’air et aux figures 5B-5 E pour les quatre différents mélanges sel-SAP, chlorure de calcium CaCl_2-SAP, sulfate ferrique Fe₂(SO₄)₃ - SAP, perchlorate de magnésium Mg(ClO₄)₂ - SAP et perchlorate de sodium NaClO₄- SAP, respectivement. Nous avons observé et catalogué : i) la variabilité des mesures de conductivité électrique en fonction de la température, et ii) les plages de conductivité électrique de l’air et des mélanges sel-SAP en fonction de l’humidité relative. Ces informations seront essentielles pour interpréter le niveau d’hydratation des mélanges sel-SAP de l’opération BOTTLE sur Mars, compte tenu de la conductivité électrique, de la température et des conditions d’humidité relative récupérées.

Dans la figure 5A, nous avons observé une corrélation directe entre la conductivité électrique et l’humidité relative de l’air. Comme l’humidité relative à l’intérieur de la chambre a été augmentée en injectant de l’eau par incréments de 0,5 ml, l’air a augmenté son humidité relative comme cela se produit dans les conditions martiennes. La conductivité électrique a considérablement augmenté. L’électrode inférieure est probablement plus froide en raison de sa proximité avec la table réfrigérée, ce qui entraîne à son tour une HR plus élevée et une EC plus élevée. Pour la combinaison donnée de température et d’humidité relative aux pressions martiennes au cours de cette expérience, nous avons également enregistré une conductivité électrique maximale (non compensée en température) de l’air à une humidité relative de 59 %. Les figures 5B-5 E montrent que les quatre mélanges sel-SAP ont capturé l’eau à des degrés divers. Une augmentation progressive de la conductivité électrique à partir de HR = 0 % a été observée pour le chlorure de calcium et le perchlorate de sodium, et une augmentation autour de HR = 40-50 % dans le cas du sulfate ferrique et du perchlorate de magnésium. Tous les mélanges sel-SAP ont eu la valeur maximale à 85 %, le maximum que nous avons atteint à l’intérieur de la chambre.

Figure 5 : Conductivité électrique en fonction de l’humidité relative (1 % - 85 %) à 25 °C. (A) L’air, (B) le chlorure de calcium, (C) le sulfate ferrique, (D) le perchlorate de magnésium, (E) le perchlorate de sodium Les conductivités électriques sont indiquées sur une échelle logarithmique en base 10. L’unité électronique (UE) a enregistré une température moyenne de 25,27 °C (Min : 24,12 °C, Max : 25,95 °C), l’unité de conteneur (CU) a enregistré une augmentation de température de 19,6 °C à 32,91 °C en raison de l’exothermie de la capture de l’eau. La température moyenne de la table de travail était de 19,11 °C et la température moyenne de l’air était de 19,16 °C. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

La conductivité électrique d’un sel dépend de divers facteurs. A la fin de l’expérience, nous avons remarqué que le sulfate ferrique était le moins hydraté (voir Figure 7) montrant des valeurs de conductivité électrique inférieures à celles de l’air. La conductivité électrique entre les électrodes est également sensible à la zone de contact avec le mélange sel+SAP. Certains matériaux granulaires, y compris le SAP, peuvent être un meilleur isolant que l’air hydraté. L’air dans le récipient vide avait une teneur en humidité suffisante pour se déplacer librement, ce qui entraînait une conductivité électrique plus élevée (voir la figure 5A) que le sulfate ferrique, qui n’avait pas contribué en termes d’eau absorbée suffisamment pour montrer un signal de conductivité électrique significatif (voir la figure 5C). Nous avons également observé des gouttes d’eau dans les récipients vides à la fin des expériences, montrant que l’air entre les électrodes était à un moment donné saturé et permettait la formation de brouillard et qu’une partie de celui-ci se condensait sur les côtés, comme le montre la figure 5A. L’absence de faible conductivité de l’électrode pourrait signifier que les particules de sel en contact avec l’électrode inférieure étaient complètement gelées (les plus froides au bas de l’instrument en raison de son contact direct avec la table de travail de la chambre) ne montrant aucune conductivité électrique.

À titre de démonstration du fonctionnement d’HABIT sur Mars après un atterrissage réussi au début de 2021, nous avons simulé un sol des conditions environnementales à Oxia Planum, le site d’atterrissage prévu de la mission ExoMars 2022. Les résultats obtenus imitent le cycle jour-nuit de l’opération BOTTLE sur Mars et fournissent des données de première main dans des conditions pertinentes. La figure 6 montre que lors de la simulation du cycle jour-nuit martien, une déliquescence a été observée dans tous les mélanges sel-SAP. Les figures 6C-6 F montrent les valeurs de conductivité électrique des quatre différents mélanges sel-SAP, chlorure de calcium CaCl_2-SAP, sulfate ferrique Fe₂(SO₄)₃ - SAP, perchlorate de magnésium Mg(ClO₄)₂ - SAP et perchlorate de sodium NaClO₄- SAP, respectivement.

Figure 6 : Mesures de conductivité électrique calibrées de la simulation Mars Sol. (A) Pression et humidité relative, (B) température du sol et de l’air, (C) chlorure de calcium, (D) sulfate ferrique, (E) perchlorate de magnésium, (F) conductivités électriques du perchlorate de sodium (en échelle logarithmique en base 10), et (G) les températures de l’unité électronique (UE) et de l’unité de conteneur (CU) ou BOTTLE sont indiquées. Des lignes verticales avec des chiffres encerclés indiquent les différentes phases de la simulation. 0-1 : pompage de l’air pour obtenir le vide et l’injection de dioxyde de carbone pour maintenir une pression de 7-8 mbar à température constante, 1-2 : injection d’eau pour augmenter l’humidité relative à température constante, 2-3 : refroidissement de la table de travail ON pour diminuer la température (transition jour-nuit), accompagné d’une diminution de l’humidité relative, et 3-4 : refroidissement de la table de travail OFF pour augmenter la température (transition nuit-jour), accompagnée d’une augmentation de l’humidité relative. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

La rampe initiale de la conductivité électrique peut être attribuée à la diminution rapide de la pression alors que l’humidité relative restait élevée, accélérant le processus de capture de l’eau suivie du dégazage de l’eau restante dans le mélange. Cela était également cohérent avec l’exothermie du processus de capture de l’eau par les sels. L’augmentation de la température dans l’unité électronique (EU) et la BOTTLE peut être une combinaison d’une dépressurisation rapide (sous volume constant) et du comportement exothermique de l’interaction eau-sel. La baisse de pression observée vers 13h00 pourrait être associée à l’atteinte de la température la plus basse dans la table de travail, ce qui coïncide également avec une légère augmentation de l’HR. À des températures plus froides, la table de travail se comportait comme un évier d’eau, gelant les gouttelettes d’eau et, par conséquent, l’humidité relative de l’air était faible. Au cours de cette phase de transition jour-nuit martienne, il y avait moins de signes significatifs dans les courbes de conductivité électrique. Mais, pendant la transition nuit-jour, lorsque la température a augmenté et que l’humidité relative a également augmenté, le mélange sel-SAP a commencé à capturer de l’eau de manière constante, comme l’indique l’augmentation de la conductivité électrique dans la dernière partie de l’expérience, également reflétée par l’augmentation soudaine de la température de la BOUTEILLE. Les valeurs finales de conductivité électrique indiquaient l’étendue de la capture d’eau par chacun des quatre mélanges sel-SAP, comme le montre la figure 7. Tous les mélanges sel-SAP capturaient l’eau et en particulier, le mélange sel-chlorure de calcium-SAP produisait de la saumure liquide. La valeur maximale de conductivité électrique de la saumure CaCl₂ de ̴100 μScm-1 est cohérente avec la littérature³¹.

Figure 7 : Images des mélanges sel-SAP. (A) avant et (B) après la simulation de Mars Sol. De gauche à droite : Conditions initiales de 1,5 g de chlorure de calcium, de sulfate ferrique, de perchlorate de magnésium, de perchlorate de sodium avec 0,75 g de SAP dans chaque sel. Le chlorure de calcium dans le coin gauche a produit de la saumure liquide présentant également des valeurs de conductivité électrique pertinentes de ̴100 μScm-1. Tous les autres mélanges sel-SAP ont également capturé des quantités considérables d’eau apparaissant humide sur les images. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Discussion

Il s’agit de la première tentative de caractérisation de la conductivité électrique du processus de formation de la saumure dans des conditions de vide ou de pression martienne. L’élément clé de cette expérience est de simuler le cycle jour-nuit martien avec la chambre de simulation de Mars pour étudier les sels. Les résultats de la déliquescence du sel sont présentés comme un résultat représentatif, tandis que l’accent est davantage mis sur l’obtention des conditions requises pour simuler l’environnement martien. Avec cette première expérience, nous comprenons maintenant le processus et les limites de la chambre tels que mentionnés dans la section discussion du manuscrit. Dans les expériences futures, nous suivrons ce protocole pour diverses expériences scientifiques pertinentes à traiter sur Mars. Des études antérieures ont effectué les mesures de conductivité électrique dans les pressions ambiantes de laboratoire 27,28,29. La mesure à basse pression pose un défi et a donc nécessité une modification du protocole utilisé pour les conditions de pression terrestre. Au cours d’une précédente campagne d’étalonnage dans une chambre climatique sous pression ambiante, différents hydrates ont été préparés en ajoutant des quantités définies de sel et d’eau, avant chaque série d’expériences, afin de déduire la relation entre la conductivité électrique et la forme d’hydrate de sel à différentes températures martiennes³¹. Mais, avec les pressions martiennes, l’eau ajoutée utilisée pour former des hydrates finira par dégazer lors de la réduction de la pression, nous avons donc commencé chaque expérience avec un mélange sec de sel et de SAP et avons régulé l’humidité relative pour passer à travers diverses formes d’hydrates.

Les études antérieures surveillant le processus de formation de la saumure à l’aide de méthodes spectroscopiques Raman ont généralement été réalisées avec un granule individuel de la particule de sel dans une cellule environnementale et en observant les transitions de phase dans la région d’étirement O-H des spectres Raman ^1,9,18. La caractérisation de la conductivité électrique du processus de formation de la saumure a été jugée plus sensible aux transitions de phase intermédiaires que la spectroscopie Raman existante et a fourni une série chronologique continue du processus de formation de la saumure²⁷. À partir de nos expériences, nous avons également démontré que la conductivité électrique était une option de mesure viable pour les échantillons de sel en vrac avec une bonne précision.

Lors de la conception du système de mesure de conductivité électrique de l’instrument HABIT, nous avons dû relever des défis. Le choix du matériau de l’électrode a été basé sur sa résistance à la corrosion et la douceur de la surface afin d’éviter des problèmes sporadiques dans les mesures de conductivité électrique. Les sels hygroscopiques remontent parfois le long des parois du récipient par capillarité et donc un choix de revêtement hydrophobe est indispensable. Nous avons utilisé un revêtement à base d’une composition de résine époxy qui empêchait la saumure de remonter par capillarité. De plus, les caractéristiques électriques telles que la tension de l’impulsion électrique, sa fréquence et la résistance de référence de détection de courant étaient cruciales pour la conception. BOTTLE utilise une tension de polarisation de ±2,048 V avec une impulsion électrique de ±70 mV et ±700 V pour les modes de conductance faible et élevée. Les impulsions électriques à 1 kHz passent à travers une électrode d’or, et à travers les échantillons de sel à étudier, et sont lues à une électrode d’or de l’autre côté avec des résistances de référence de 10 k-ohm et 100 ohms pour les modes de conductance faible et élevée respectivement.

Étant donné que chacune des expériences visant à caractériser la conductivité électrique en fonction de l’humidité relative nécessitait une température constante et stable, le protocole est conçu pour s’adapter aux limites de stabilité de la température de la chambre de simulation de Mars. Il y a une différence observable entre la température de la table de travail (régulée par le système de traversée LN₂ de la chambre) et la température de la BOUTEILLE en raison de l’isolation thermique. Cela signifie que la température de la table de travail n’est pas toujours identique à la température de la BOUTEILLE et que la différence doit être prise en compte pour une condition d’expérience optimale.

Les futures expériences dans la chambre de simulation de Mars comprendront la dérivation d’une relation entre la conductivité électrique de l’air et l’humidité relative à différentes températures. Lors de la simulation de Mars Sol, nous avons observé une possible corrélation entre l’humidité relative de l’air et sa conductivité électrique. Cela peut être pertinent pour calibrer les deux cellules vides aux deux extrémités de BOTTLE et l’incorporer à l’étalonnage des mélanges sel-SAP pour une interprétation plus précise de leur niveau d’hydratation. Pour réaliser cette expérience, il est possible d’adapter le(s) conteneur(s) d’expérimentation vide sans aucun échantillon de sel en suivant le même protocole d’expérience.

Le protocole d’expérience décrit fournit une autre méthode plus simple et facilement adaptable pour surveiller le processus de formation de la saumure, qui peut également être appliquée à d’autres échantillons susceptibles d’interagir avec l’humidité atmosphérique. Il pourrait être complémentaire pour les études sur la compréhension des propriétés physiques et chimiques des saumures formées par les mélanges de sel de mer qui seront applicables pour définir les conditions dans lesquelles les saumures peuvent réagir avec les surfaces de cincurs généralement utilisées pour stocker le combustible nucléaire et les déchets nucléaires^33,34. Les propriétés corrosives des saumures pour différents matériaux peuvent être étudiées dans différentes conditions environnementales en adaptant le protocole. Nous avons appliqué ce protocole pour étudier les propriétés déliquescentes de quatre mélanges de sel et de SAP que nous transportons sur Mars à bord de l’instrument HABIT. Cependant, les propriétés hygroscopiques du sel ou des mélanges de sels sous n’importe quelle forme, par exemple les particules de fumée, peuvent être analysées pour leur potentiel de nucléation des nuages²⁴. Le protocole de l’expérience pourrait également être appliqué pour simuler divers phénomènes liés à l’atmosphère et à la surface de Mars et ailleurs dans un laboratoire.

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
84 µS/cm and 1413 µS/cm conductivity calibration standard	Atlas Scienific	CHEM-EC-0.1
Arduino Uno	Arduino	8058333490090
Calcium Chloride	Sigma Aldrich	CAS Number: 10043-52-4	Anhydrous, free-flowing, ≥96%
Carbon Dioxide gas cylinder	AGA Gas
Experiment container			3D printed in PLA or milled in aluminum/other metal
EZO Conductivity circuit	Atlas Scienific	EZO-EC
EZO RTD circuit	Atlas Scienific	EZO-RTD
Ferric Sulphate	Sigma Aldrich	CAS Number: 15244-10-7	97%
Gold electrodes			Custom designed
HEPA filter	Nitto	NTF9317-H02
Liquid Nitrogen tank	AGA Gas
Magnesium Perchlorate	Sigma Aldrich	CAS Number: 10034-81-8	Free-flowing, ≥99.0%
Pressure gauge	Pirani	CCPG−H2−1	1x10-9 to 1000 mbar
PT100 sensor
PT1000 sensor
Scotch-Weld Epoxy Adhesive	3M	EC-2216 B/A
Sodium Perchlorate	Sigma Aldrich	CAS Number: 7601-89-0	Free-flowing, ≥98.0%
Sodium salt of alginic acid (SAP)	Sigma Aldrich	CAS Number: 9005-38-3	Powder
Sterile water	VWR Chemicals BDH	CAS Number: 7732-18-5 VWR: 75881-014	Water ASTM Type II, Reagent Grade
Swagelok syringe	Fischer scientific	KD Scientific 780812
T/RH probe	Vaisala	HMT 334	(-70 to + 180C) and (0 to 100 % RH)
Teraterm
Whitebox Labs Tentacle Shield	Atlas Scienific	TEN-SH