Les matériaux d’impression 3D pour la construction d’habitats lunaires : enjeux et perspectives

Après l’utilisation, voire en complément, de véhicules ou de modules habitables, les agences spatiales travaillent sur des scénarios réalistes de voir plusieurs bases lunaires en dur établies dans un futur proche grâce aux avancées technologiques et à l’intérêt croissant pour l’exploration lunaire. Mais, si la faisabilité de ces projets d’habitats ne fait guère de doute, les futurs « bâtisseurs » s’interrogent sur le ou les matériaux les mieux adaptés pour la réalisation de ces ouvrages.

Une grande variété de matériaux pour construire des habitats lunaires

Aujourd’hui, il n’existe pas encore de consensus clair sur les matériaux qui pourraient ou seront utilisés pour la construction d’habitats lunaires. Cependant, plusieurs options sont envisagées, telles que l’utilisation de régolithes lunaires, de béton lunaire fabriqué à partir de ces matériaux ou encore de structures gonflables. Ces différentes technologies sont en cours de développement et d’étude par diverses agences spatiales dans le but de rendre les habitations lunaires plus sûres, durables et efficaces, quels que soient les matériaux utilisés. Signalons aussi que plusieurs entreprises privées ont amorcé des projets d’habitats lunaires à partir de ces matériaux.

La fabrication additive, plus communément appelée impression 3D est aussi envisagée dans la réalisation d’habitats lunaires, principalement pour des structures pérennes. L’utilisation de cette technologie permettrait de réduire les coûts, de gagner du temps et d’optimiser les matériaux utilisés pour construire des bases lunaires.

Le pari de la fabrication additive

Il existe différents matériaux d’impression pouvant être utilisés pour l’impression 3D sur la Lune, et chacun présente des avantages et des inconvénients. Certains des matériaux couramment proposés incluent le régolithe lunaire, les polymères renforcés de fibres de carbone et les composites métalliques. Chacun de ces matériaux a ses propres caractéristiques en matière de résistance, de légèreté, de durabilité et de facilité d’utilisation dans un environnement lunaire. En fonction des besoins spécifiques des habitats lunaires et des contraintes environnementales, certains matériaux peuvent être plus adaptés que d’autres. Les recherches et les tests continuent afin de déterminer le meilleur matériau pour l’impression 3D sur la Lune.

C’est donc dans ce contexte que Stratasys et Northrop Grumman Corporation testeront les performances de matériaux d’impression 3D sur la Lune. Ces essais se feront lors de la première mission d’évaluation du Centre d’évaluation des technologies des sciences spatiales (SSTEF-1) d’Aegis Aerospace, dans le cadre du programme Point de basculement depuis NasaNasaet dont la mission est de fournir des services de R&D à la surface de la Lune. SSTEF-1 s’intéresse à la mise au point de technologies destinées aux infrastructures et capacités spatiales sur la Lune et dans l’espace proche de la Terre.

Dans le cadre de cette mission lunaire, prévue en 2025, Stratasys fournira des échantillons imprimés en 3D qui seront acheminés jusqu’à la surface lunaire à bord d’un atterrisseur dans une structure porteuse imprimée en 3D par Stratasys. Trois matériaux feront l’objet de deux expérimentations différentes menées par Northrop Grumman.

Des contraintes propres à l’environnement lunaire

La première expérimentation cherchera à évaluer les performances d’un échantillon imprimé en filament Antero^® 800NA FDM^® de Stratasys renforcé de tungstène. L’Antero 800NA est un thermoplastique haute performance à base de PEKK possédant d’excellentes propriétés mécaniques, une grande résistance chimique et de faibles niveaux de dégazage. L’ajout de tungstène vise à fournir une protection contre les rayonnements nocifs, notamment les rayons gamma et les rayons X.

La deuxième expérimentation passive est conçue pour évaluer le comportement de certains matériaux d’impression 3D dans l’espace. Parmi ceux-ci se trouve le filament Antero 840CN03 FDM, compatible avec les composants électroniques en raison de ses propriétés ESD, et qui a été utilisé sur le vaisseau spatial Orion. L’expérimentation portera également sur un nouveau photopolymère ESD fabriqué par Henkel, partenaire de Stratasys, destiné à être utilisé avec les imprimantes 3D Origin® One de Stratasys et conçu pour les environnements à haute température. Les échantillons de matériaux d’impression 3D seront exposés à la poussière lunaire, ainsi qu’aux basses pressions susceptibles de provoquer un dégazage et aux variations rapides de température résultant de la quasi-absence d’atmosphère sur la Lune.

La parole à Foster Ferguson, Global Director, Aerospace, Stratasys.

Futura : De quelles tailles sont les échantillons qui seront testés sur la Lune ?

Foster Ferguson : Les échantillons à tester sont de simples carrés de 1″ x 1″ x 0,1″. Cette taille d’échantillon nous permet de tester plus de matériaux que nous ne le ferions avec des éprouvettes plus grandes, tout en collectant toutes les données dont nous avons besoin.

Futura : Pourquoi tester des matériaux sur la Lune plutôt que sur Terre dans des simulateurs lunaires ?

Il est toujours préférable de tester dans l’environnement réel, si possible, et avec Northrop, nous avons eu cette opportunité.

Futura : Pouvez-vous préciser ce que vous entendez par « évaluer la performance » et « le comportement » dans le communiqué de presse ?

Foster Ferguson : En fait, nous pensons qu’il y aura des travaux de construction sur la Lune. La surface lunaire est très différente de celle que nous avons sur Terre, avec des conditions extrêmes qui auront un impact sur les matériaux. Le but de cette expérience sera de voir comment ces matériaux imprimés en 3D résistent dans ces conditions. Vont-ils résister aux changements extrêmes de température ? Constatons-nous des performances de protection contre les rayonnements adéquates ? Nous savons déjà, grâce à des tests antérieurs effectués à l’extérieur de la Station spatiale internationale que ces matériaux peuvent résister à l’espace. Il s’agit maintenant de comprendre dans quelle mesure ils se comporteront sur une surface lunaire.

Futura : Existe-t-il un consensus sur les matériaux d’impression qui pourraient être utilisés sur la Lune ? Seront-ils utilisés pour les habitats lunaires ?

Foster Ferguson : C’est ce que nous essayons de découvrir. Ces matériaux peuvent-ils résister à des conditions propres à la Lune ? Nous pensons que oui, mais la meilleure façon d’en être sûr est de placer ces matériaux dans l’environnement et de les observer.

Futura : Prévoyez-vous d’utiliser l’impression 3D pour construire des structures sur la Lune en utilisant les ressources locales disponibles ?

Foster Ferguson : Il existe un objectif de construction de structures sur la Lune, et nous pensons que l’un des moyens les plus économiques d’y parvenir serait de recourir à l’impression 3D. Du point de vue des matériaux, il existe des options et nous examinons actuellement les matériaux Antero. Le sol de la Lune est aussi envisagé pour des matériaux pour l’impression 3D, mais nous n’en sommes pas encore là.

Futura : Quelle est la date de lancement de la mission ?

Foster Ferguson : La date n’a pas encore été fixée, mais nous l’envisageons pour début 2025.