Illustration du futur village lunaire. © ESA, Foster&Partners

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Bientôt un abri lunaire construit avec une imprimante 3D ?

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Pour que les habitats de son futur village lunaire soient suffisamment sûrs, l'Agence spatiale européenne poursuit ses expérimentations sur la fabrication de briques sur place, à la surface de la Lune. De bons résultats viennent d'être obtenus avec une sorte d'impression 3D et une cuisson d'un simili-régolithe à l'aide d'un four solaire.

Comment fabriquer des briques sur la Lune avec la lumière du soleil  L'Agence spatiale européenne étudie depuis plusieurs années des procédés de fabrication automatisés pour fabriquer des briques sur la Lune. Ici, l'idée est d'utiliser la lumière solaire concentrée par des miroirs pour faire fondre le régolithe lunaire à mille degrés. Le but n'est pas de construire un bâtiment mais de recouvrir un habitat gonflable. 

Ces dernières années, plusieurs projets, publics et aussi privés, fleurissent autour d'un retour de l'Homme sur la Lune. Certains proposent de construire des installations qui accueilleraient des scientifiques, des exploitations minières, voire des touristes. Et parallèlement, d'autres rêvent de mettre en place des complexes orbitaux pour des voyageurs fortunés.

L'Agence spatiale européenne (ESA), qui ne cache pas ses ambitions de construire une base lunaire — pour ne pas dire un village —, a récemment annoncé qu'elle était en discussion avec la Chine pour un partenariat sur ce grand projet.

Parmi les technologies étudiées pour construire les maisons lunaires, l'ESA s'intéresse de près à l'impression 3D. L'idée est bien sûr de se servir des matériaux disponibles sur place, plutôt que de les apporter depuis la Terre. Pour l'agence européenne, cette ressource locale servirait à compléter des structures gonflables pour réaliser des protections contre les rayonnements cosmiques et d'éventuelles chutes de météorites.

Le four solaire utilisé par l’Agence spatiale allemande (DLR) pour chauffer à mille degrés un matériau simulant le régolithe lunaire. © DLR

Des briques prêtes en cinq heures

Comme nous le montre la vidéo ci-dessus, les recherches avancent bien. Les ingénieurs du projet baptisé RegoLight sont parvenus à confectionner des briques de 20 cm de long, 10 cm de large et 3 cm d'épaisseur en l'espace de... cinq heures. « Nous avons pris de la matière lunaire simulée [en l'occurrence, de la roche volcanique traitée de façon à imiter la composition et la granularité du régolithe, NDLR] et nous l'avons cuite dans un four solaire, explique Advenit Makaya qui supervise le projet pour l'ESA. Cela a été fait sur une table d'impression 3D pour cuire des couches successives de 0,1 mm de poussière lunaire à 1.000 °C ».

Pas besoin d'injecter de liant cette fois, c'est la lumière solaire concentrée par un système de 147 miroirs incurvés qui se charge de fusionner les grains. Les chercheurs, qui poursuivent leurs tests mécaniques, affirment qu'elles ont la résistance du gypse. Malgré quelques imperfections comme des bordures un peu voilées, leur élaboration est en bonne voie. Les ingénieurs vont tenter de régler cet effet en accélérant la vitesse d'impression des briques.

Pour en savoir plus
En image, le chantier de fabrication du bloc expérimental. Le portique surplombe un tas de sable et une poutre porte le système d'injection du liant. Apprendre à réaliser une telle opération sur la Lune, même si elle peut être largement automatisée, prendra de nombreuses années... © Monolite UK

L'ESA teste l'impression de maisons lunaires

Article de Jean-Luc Goudet publié le 07/02/2013

L'Agence spatiale européenne étudie très sérieusement la construction automatique de bâtiments rudimentaires, qui pourraient protéger des rayons cosmiques des habitations gonflables utilisées par les futurs explorateurs de la Lune. Le système existe et s'apparente, dans son principe, à une imprimante 3D. Place aux essais...

Pour réaliser des installations dans l'espace, sur la Lune ou sur d'autres planètes, le problème numéro un est le transport de matériaux depuis la Terre. On a compris depuis longtemps (cf. le physicien Gerard O’Neill et sa description de planètes creuses artificielles) qu'arracher péniblement des tonnes de matières premières à notre planète serait une méthode absurde. Si l'on se trouve sur la Lune ou sur Mars, il vaut mieux se servir sur place, en extrayant des matériaux du sol (ou de quelque astéroïde, s'il s'agit de construire une structure massive dans l'espace).

C'est l'idée suivie par l'Esa (et aussi par la Nasa) pour des constructions lunaires réalisées avec le régolite du sol sélène (le matériau granulaire formant le sol de la Lune). Même si aucune mission habitée vers la Lune n'est programmée en Europe et aux États-Unis, les ingénieurs font des essais. Une solution vient d'ailleurs d'être testée, en partenariat avec le cabinet d'architectes Foster+Partners, et fait appel à un étonnant engin, baptisé D-Shape. Il est présenté comme une imprimante 3D géante capable de construire des structures de plusieurs mètres de hauteur. La machine existe et est réalisée par une société britannique qui se nomme Monolite UK (pour l'anecdote, voir ou revoir 2001, l'odyssée de l'espace et son célèbre monolithe noir).

Vue d'artiste d'une possible base lunaire. Des habitats gonflables servent de lieux de vie et de travail. Ils sont arrivés sous la forme de tubes de faibles dimensions et ont été gonflés sur place. Ces abris ont ensuite été recouverts de régolite solidifié par un système semblable à D-Shape. © Esa, Foster+Partners

Comment imprimer une maison avec D-Shape

L'analogie avec l'imprimante 3D est pertinente. Elle est d'ailleurs souvent exposée par son concepteur, l'Italien Enrico Dini (« l'homme qui imprime des maisons »), expert en robotique et responsable de Monolite UK. Sa machine prend la forme d'un portique sur lequel glisse une poutre portant une grosse pompe mobile, la « tête d'impression ».

Elle se déplace au-dessus d'un tas de sable et injecte une substance collante (un liant) qui vient agglomérer les grains de sable là où il le faut. C'est bien ainsi, ou à peu de choses près, que travaille une imprimante 3D (on parle de stéréolithographie), en solidifiant localement un produit liquide pour fabriquer un objet couche par couche.

Une démonstration de D-Shape, présentée comme « la plus grande imprimante 3D du monde » avec 6 x 6 x 6 m. Cette vidéo publicitaire affirme qu’elle peut créer « toute forme » de « toute dimension »avec du « sable » ou un « mélange ». On peut ainsi fabriquer des structures aussi complexes qu’on le souhaite, puisqu’elles sont issues de la CAO. Leur prix « ne dépend que de leur volume ». Le matériau est réutilisable : la technique est donc « durable » au sens environnemental. © JFBrandon, YouTube

Première brique de la base lunaire

Les mouvements sont pilotés par un ordinateur qui utilise un plan en trois dimensions issu d'un logiciel de CAO. La construction est ainsi réalisée couche par couche, du haut vers le bas. Après un séchage de 24 h, il suffit de retirer le sable restant. Apparaît alors la structure, qui peut être de forme quelconque. Le site de D-Shape montre quelques réalisations artistiques.

Le bloc de 1,5 tonne réalisé à titre expérimental pour l'Esa est beaucoup moins esthétique. Avec sa forme imprécise et sa structure alvéolaire, cette énorme brique n'est d'ailleurs pas destinée à construire un bâtiment lunaire, mais simplement à réaliser un abri pour des habitats gonflables et à les protéger des radiations dangereuses de l'espace. 

Le bloc réalisé pour l'Esa. Sa structure est alvéolaire, et il aurait pu être fabriqué sur la Lune avec le régolite. Il aurait tout de même fallu apporter le liant servant à solidifier le matériau granulaire. © Esa

Protéger les habitats de l'espace des radiations

L'idée est dans l'air, si l'on ose dire. Bigelow Aerospace projette de réaliser une structure gonflable fixée à l'ISS ou simplement satellisée en orbite terrestre. La Nasa a imaginé en 2007 des abris gonflables pour l'exploration lunaire et a testé en 2010 des modules de ce genre pour des habitats martiens.

Ces sortes de tentes sont faciles à transporter mais protègent mal des rayons cosmiques auxquels sont exposées les surfaces lunaires et martiennes. D'où l'idée d'accumuler autour d'elles des matériaux trouvés sur place. Le principe est bon. Intéressera-t-il l'agence spatiale chinoise ?

  • Plusieurs études cherchent à exploiter la matériau du sol lunaire pour édifier les habitations de futurs explorateurs.
  • Celle-ci, menée à l'ESA, utilise la lumière du Soleil comme source d'énergie servant à chauffer le régolithe (cette très fine poussière qui recouvre la surface).