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Une imprimante 3D bientôt à bord de l’ISS

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À la rentrée prochaine, une imprimante 3D sera envoyée pour la première fois vers la Station spatiale internationale. Initié par la société américaine Made in Space et soutenu par la Nasa, le projet vise à démontrer qu'une telle imprimante peut supporter la microgravité et servir à fabriquer des pièces et des outils. À plus long terme, l'impression 3D pourrait jouer un rôle crucial dans les missions de longue durée et l'exploration de nouvelles planètes. Futura-Sciences a recueilli les explications du porte-parole de Made in Space.

L’imprimante 3D fabriquée par Made in Space sera envoyée vers la Station spatiale internationale à l’automne prochain. Elle servira à fabriquer des pièces et des outils en polymère. © Made in Space

La boîte à gants étanche de la Station spatiale internationale (ISS), qui sert aux expériences scientifiques en confinement, est restée hors service pendant six mois parce que l'équipage ne disposait pas de l'outil d'extraction nécessaire pour la réparer. Il a fallu attendre qu'une mission de ravitaillement apporte ladite pièce en plastique qui aurait pu être fabriquée immédiatement si une imprimante 3D avait été présente à bord.

Cela devrait bientôt être possible. À l'automne prochain, un lanceur SpaceX-5 décollera à destination de l'ISS avec à son bord la première imprimante 3D de l'espace, dont les astronautes pourront se servir pour fabriquer des pièces de rechange et des outils. Une avancée cruciale pour les équipages séjournant dans la station orbitale, qui leur permettra de parer plus rapidement à des incidents techniques, mais aussi d'assurer l'entretien des équipements sans attendre des ravitaillements venus de la Terre ou encore de fabriquer les outils nécessaires à leurs expérimentations.

À l'origine de ce projet, on trouve la société américaine Made in Space, née en 2010 d'un programme initié au sein de la Singularity University, hébergée au Nasa Research Park. Une équipe composée d'experts en impression 3D, d'un ancien astronaute et d'ingénieurs a travaillé à adapter la technologie afin qu'elle puisse résister aux vibrations et aux changements de pression d'un lancement dans l'espace, puis fonctionner sans encombre en microgravité. Cet été, le projet a franchi une étape importante en obtenant une certification du Marshall Space Flight Center de la Nasa après avoir passé avec succès une simulation de lancement. « La plupart des imprimantes 3D du commerce ne résisteraient pas aux contraintes d'un lancement », explique Grant Lowery, porte-parole de Made in Space.

Pour pouvoir mettre au point leur imprimante 3D, les ingénieurs de Made in Space ont effectué de nombreux vols paraboliques qui leur ont permis de reproduire l’absence de pesanteur. Ils ont notamment constaté qu’aucune imprimante 3D du commerce ne pourrait fonctionner dans l’espace. © Made in Space

Vols paraboliques pour tester l’impression 3D en microgravité

L'équipe travaille désormais à la fabrication de la version finale de l'imprimante, qui sera installée dans la boîte à gants étanche Microgravity Science Glovebox de l'ISS. « Notre première imprimante utilisera de l'ABS[acrylonitrile butadiène styrène, NDLR]. Mais nous travaillons sur divers matériaux métalliques et composites pour de futures applications», indique notre interlocuteur. Selon une étude citée par Made in Space, 30 % des pièces de petite taille et des outils présents dans l'ISS pourraient être répliqués à l'aide d'une imprimante 3D.

Cependant, le développement de cette imprimante ne fut pas une mince affaire. Il a fallu répondre aux contraintes physiques qu'induit l'absence de pesanteur. « Made in Space a testé des douzaines d'imprimantes 3D du commerce lors de vols paraboliques en 2011. Aucune n'a fonctionné dans cet environnement de microgravité simulée, ce qui nous a amenés à développer notre propre imprimante. » Lors de ces vols paraboliques, Made in Space dit avoir effectué plus de 500 cycles de 20 secondes simulant l'absence de gravité. C'est ainsi que l'entreprise a pu valider le fonctionnement de son imprimante dans des conditions proches de celles de la vie dans l'espace.

Grant Lowery ne souhaite pas entrer dans le détail des solutions techniques pour des raisons liées à la propriété intellectuelle du projet. Néanmoins, il nous dévoile les points clés sur lesquels les ingénieurs ont planché. « Toutes les imprimantes conçues sur Terre prennent en compte la gravité, ce qui signifie que la gravité maintient en place certaines pièces. En condition de microgravité, les pièces bougent ou flottent, et même le mouvement le plus infime d'une pièce de l'imprimante 3D peut ruiner une impression. Il nous a fallu créer une imprimante insensible à la gravité pour fonctionner dans l'espace. » Autre problématique cruciale, la gestion de la température. « Les caractéristiques thermiques fonctionnent différemment en microgravité. Nous avons dû concevoir notre imprimante de telle sorte que les pièces chaudes restent chaudes et que les pièces froides restent froides. »

Futur pilier de la conquête spatiale

L'imprimante 3D qui sera installée dans l'ISS à l'automne prochain va servir de preuve de concept pour valider le procédé. Puis, courant 2015, une deuxième imprimante sera envoyée dans la station spatiale. « Cette deuxième imprimante sera à la disposition des astronautes, elle servira pour des études et des recherches scientifiques, et sera également accessible depuis la Terre. Via Made in Space, des chercheurs, des entrepreneurs, des artistes pourront envoyer leurs fichiers CAD par courriel à l'ISS et les faire imprimer », annonce Grant Lowery. Dans une vidéo consacrée au projet Made in Space, la Nasa évoque les avantages de ces avancées sur la technologie d'impression 3D, qui gagnera en fiabilité et en robustesse. L'agence spatiale pense que l'armée pourrait par exemple se servir d'imprimantes 3D lors de missions dans des zones reculées. Selon elle, les soldats pourraient être confrontés aux mêmes problématiques que les astronautes en ayant besoin de fabriquer une pièce ou un outil pour réparer un équipement sans compromettre leur mission. Le même scénario pourrait aussi s'appliquer dans les sous-marins.

À plus long terme, la Nasa envisage un futur où l'impression 3D contribuera à la faisabilité de missions d'exploration de longue durée ainsi qu'à la conquête de nouvelles planètes, à commencer par Mars. L'agence spatiale imagine notamment des systèmes robotisés qui se serviront d'imprimantes 3D pour fabriquer des outils et des habitations nécessaires à des missions humaines sur Mars à partir des ressources qu'ils prélèveront dans le sol. Lors de vols spatiaux de longue durée, les astronautes pourront aussi imprimer les outils en fonction de leurs besoins, ce qui réduirait la masse et le volume des cargaisons. Nous n'en sommes pas encore aux réplicateurs popularisés par la saga Star Trek, mais l'on s'en approche un peu plus...

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