Un échantillon de pièces et d’outils fabriqués à partir de titane imprimé en 3D et de poussière de Mars.
L’envoi de matériaux dans l’espace est coûteux, alors plus les astronautes peuvent en fabriquer sur place, mieux c’est. Des ingénieurs de l’université d’État de Washington (WSU) viennent de démontrer comment mélanger de la roche martienne broyée avec un alliage de titane pour fabriquer des matériaux de construction imprimables en 3D.
Pour les premiers astronautes qui passeront de longues périodes sur la Lune ou sur Mars, il n’est pas vraiment possible de se rendre dans les magasins lorsqu’ils ont besoin de matériaux de construction ou d’outils. La plupart de ces matériaux devront être envoyés de la Terre à grands frais. Idéalement, les astronautes pourront utiliser les ressources qui les entourent, même s’il ne s’agit que de roche et de terre.
À cette fin, les scientifiques ont expérimenté des moyens de fabriquer des habitats, des matériaux de construction, des outils, des pièces et d’autres objets directement à partir du régolithe, le « sol » rocheux qui recouvre les surfaces lunaire et martienne. Il pourrait s’agir de créer les formes souhaitées à l’aide d’imprimantes 3D, de lasers puissants ou de lumière solaire concentrée pour faire fondre le matériau, ou encore de le comprimer pour en faire des briques.
Pour la nouvelle étude, les chercheurs de la WSU ont testé le fonctionnement de la poussière martienne mélangée à un alliage de titane souvent utilisé dans l’exploration spatiale parce qu’il est solide, léger et résistant à la chaleur. Comme ils ne peuvent évidemment pas mettre la main sur le vrai matériau, ils ont utilisé une substance artificielle conçue pour imiter le régolithe de la planète rouge.
Un laser à haute puissance a chauffé les matériaux mélangés à des températures supérieures à 2 000 °C pour les faire fondre. L’équipe a ensuite formé ce fluide fondu en composants de différentes formes et tailles, puis l’a refroidi pour obtenir une sorte de matériau céramique. Après son refroidissement, ils ont testé sa résistance et sa durabilité.
L’équipe a ajouté différentes quantités de régolithe – 5, 10 et 100 % en poids – au mélange, et a constaté que les matériaux obtenus se comportaient différemment. De façon peut-être surprenante, 5 % s’est avéré être la quantité optimale, car il a refroidi sans se fissurer ni faire de bulles et s’est avéré plus performant que l’alliage de titane seul, avec une dureté deux fois supérieure.
Le matériau composé à 100 % de régolithe s’est fissuré en refroidissant et s’est usé le plus rapidement lors des tests de durabilité, ce qui signifie qu’il ne conviendrait pas comme matériau de construction. Mais l’équipe affirme qu’il pourrait toujours servir de revêtement contre les radiations.
Bien sûr, il y a encore beaucoup de place pour l’amélioration, mais l’équipe estime que cette étude de validation du concept montre que l’idée pourrait fonctionner. D’autres améliorations pourraient être apportées en expérimentant différents matériaux et techniques.
« Cela prouve que c’est possible et que nous devrions peut-être réfléchir dans cette direction, car il ne s’agit pas seulement de fabriquer des pièces en plastique qui sont faibles, mais des pièces composites métal-céramique qui sont solides et peuvent être utilisées pour tout type de pièces structurelles », a déclaré Amit Bandyopadhyay, auteur correspondant de l’étude.
https://ceramics.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ijac.14136
