Résumé :
Une équipe de recherche de l'Université de l'Arkansas aux États-Unis a récemment démontré une avancée technologique importante pour la future colonisation lunaire. Les chercheurs ont utilisé avec succès un sol lunaire simulé pour créer directement des modules de construction ressemblant à des blocs de construction qui peuvent être assemblés sans ajouter de liants ou d'autres matériaux supplémentaires. Cela signifie qu’à l’avenir, lors de la construction de bases sur la Lune, les astronautes pourront peut-être utiliser largement les ressources locales et réduire le besoin de transporter des matériaux de construction depuis la Terre.
Les chercheurs comparent cette idée à la construction de modèles Lego géants. La différence est que les matériaux de construction ne sont plus des blocs de construction en plastique, mais des modules imbriqués faits de terre lunaire répartie sur la surface lunaire. Ces modules peuvent être assemblés et combinés en structures plus grandes, offrant ainsi de nouvelles possibilités pour la construction de bases lunaires permanentes à l'avenir.
Cette recherche a utilisé un matériau de sol lunaire simulé commercial appelé LHS-1, qui a été développé sur la base des caractéristiques d'échantillons lunaires rapportés par la mission d'atterrissage lunaire Apollo. Contrairement au sol terrestre, le sol lunaire ne contient pas de matière organique. Au lieu de cela, il est composé de particules pointues formées après des milliards d’années d’astéroïdes, de micrométéorites et de divers débris spatiaux impactant la lune.
Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue « NPJ Advanced Manufacturing ». Le premier auteur de l'article est Cole McCallum, étudiant de premier cycle à l'Université de l'Arkansas, et l'auteur correspondant est Wan Shou, professeur adjoint de génie mécanique.
Au cours de l'expérience, l'équipe a utilisé une technologie d'impression 3D appelée « fusion laser sur lit de poudre ». Le processus commence par déposer une fine couche de poudre sur une plate-forme, puis en utilisant une source de lumière à haute énergie pour chauffer des zones spécifiques, provoquant ainsi la liaison des particules les unes aux autres par frittage. La plate-forme est ensuite abaissée, une nouvelle couche de poudre est déposée et le processus est répété, pour finalement construire l'objet tridimensionnel couche par couche.
Des équipes de recherche ont déjà réalisé l'impression 3D du sol lunaire, mais cela nécessitait généralement l'ajout de liants supplémentaires pour améliorer la résistance structurelle. Cependant, si ces matériaux sont utilisés à l’avenir pour la construction lunaire, ils devront toujours être transportés depuis la Terre, ce qui augmentera le coût et la complexité de la mission.
Cette fois, l'équipe de l'Université de l'Arkansas a démontré pour la première fois qu'un sol lunaire simulé pouvait être directement fritté dans des modules de construction reconfigurables sans utiliser de liants, en s'appuyant uniquement sur une source lumineuse de relativement faible puissance. Comme l'expliquent les chercheurs, les particules du sol lunaire s'auto-lient plutôt que de compter sur des matériaux externes pour compléter les connexions.
La taille des modules produits dans l'expérience est d'environ plusieurs centimètres et les formes comprennent des structures en forme de croix et de « H ». Ces modules peuvent s'emboîter comme des blocs Lego pour former un système de construction plus grand.
Cependant, les chercheurs ont également souligné que cette technologie est encore loin d'être réellement utilisée dans l'ingénierie lunaire. Les résultats des tests montrent que la porosité interne des modules fabriqués à partir de sol lunaire simulé pur est élevée et que la résistance structurelle est encore plus faible que celle de produits similaires fabriqués avec des liants.
McCallum a déclaré que la structure actuellement fabriquée est déjà autoportante, mais qu'à ce stade, il n'y a aucune garantie qu'elle sera capable de supporter des charges plus élevées, elle n'est donc pas encore adaptée à une utilisation directe comme matériau de construction porteur.
De plus, l'équipe doit vérifier davantage les performances de cette technologie dans un environnement lunaire réel. Les chercheurs ont souligné que la faible gravité et les conditions de vide de la Lune pourraient avoir un impact sur le processus d'impression. Des expériences supplémentaires sont donc nécessaires pour comprendre la faisabilité de la technologie dans les environnements réels de la surface lunaire. Parallèlement, l’équipe de recherche prévoit également d’améliorer les propriétés du matériau afin d’augmenter sa résistance mécanique et sa durabilité.
Malgré cela, le professeur Shouwan reste optimiste quant à l'avenir de la technologie. Il estime que cette méthode de fabrication, qui ne nécessite pas de matériaux supplémentaires, devrait devenir à l'avenir une technologie de base importante pour la construction de colonies à long terme sur la Lune, fournissant des solutions efficaces pour la production de composants de construction et d'infrastructures sur la Lune.
Pour le premier auteur McCallum, cette étude est également devenue un point de départ important pour sa carrière de chercheur scientifique. Originaire de Little Rock, Arkansas, USA, il a rejoint le laboratoire pour participer à la recherche scientifique en tant qu'étudiant de premier cycle, et a été encouragé par ses professeurs à mener des recherches approfondies sur la fabrication additive.
En mai de cette année, McCallum a obtenu une double spécialisation en génie mécanique et physique et a remporté la première « bourse Lafayette ». Ce programme a été créé pour commémorer le 250e anniversaire de la fondation des États-Unis. Seuls 30 étudiants ont été sélectionnés parmi plus de 3 400 candidats pour étudier en master en France.
Actuellement, il étudie l'ingénierie aérospatiale à l'École Supérieure de l'Aérospatiale de Toulouse, en France. Bien que son orientation de recherche soit passée de la fabrication additive au domaine aérospatial, il a déclaré que son expérience de participation au projet de module de construction du sol lunaire l'a aidé à accumuler une expérience de recherche scientifique à l'avance, et l'a également rendu plus calme face aux échecs expérimentaux et aux défis de recherche.
L'équipe de recherche estime qu'à mesure que le processus de fabrication et les performances des matériaux s'améliorent, l'idée d'utiliser des ressources locales sur la Lune pour produire directement des composants de construction devrait passer du laboratoire à la réalité, ouvrant la voie à l'établissement humain d'une base lunaire permanente à l'avenir.
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