L'ensemble de la mission Apollo 11 vers la Lune n'a duré que huit jours. Si jamais nous voulons construire des bases permanentes sur la lune, ou peut-être même Mars ou au-delà, alors les futurs astronautes devront passer beaucoup plus de jours, des mois et peut-être même des années dans l'espace sans une ligne de vie constante vers la Terre. La question est de savoir comment pourraient-ils mettre la main sur tout ce dont ils avaient besoin. L'utilisation de fusées pour envoyer tout l'équipement et les fournitures nécessaires à la construction et à l'entretien de colonies à long terme sur la lune serait extrêmement coûteuse.

C'est là que l'impression 3D pourrait entrer en jeu, permettant aux astronautes de construire tout ce dont leur colonie lunaire avait besoin à partir de matières premières. Une grande partie de l'enthousiasme autour de l'impression 3D dans l'espace s'est concentrée sur son utilisation pour construire des bâtiments à partir de roche lunaire. Mais mes recherches suggèrent qu'il peut en fait être plus pratique d'utiliser cette poussière de lune pour fournir des laboratoires de fabrication lunaire produisant des composants de remplacement pour toutes sortes d'équipements.

Techniquement connue sous le nom de fabrication additive, L'impression 3D comprend un groupe sophistiqué de technologies capables de produire des produits physiques de presque n'importe quelle forme ou complexité géométrique à partir de conceptions numériques. La technologie peut déjà faire des choses à partir d'une vaste palette de matériaux, y compris des métaux, céramiques et plastiques, dont certains peuvent être utilisés pour fabriquer des équipements de qualité spatiale.

L'impression 3D a également l'avantage supplémentaire de travailler avec une implication humaine minimale. Vous pouvez simplement le configurer pour imprimer et attendre le produit fini. Cela signifie qu'il peut même être utilisé à distance. En théorie, vous pourriez envoyer une imprimante 3D sur la lune (ou toute autre destination spatiale) avant un équipage humain et elle pourrait commencer à fabriquer des structures avant même l'arrivée des astronautes.

Il y a, bien sûr, défis importants. L'impression 3D a été principalement développée pour une utilisation sur Terre, s'appuyant sur certains niveaux constants de gravité et de température pour fonctionner comme prévu. Jusqu'à présent, il utilise des matériaux nettement moins complexes que ceux trouvés à la surface de la Lune ou de Mars.

Impression avec moondust

La lune est couverte de régolithe, un lâche, matériau pulvérulent formé à partir de millions d'années de météores bombardant la surface de la lune. Cela a lentement transformé les couches supérieures du substratum rocheux en un matériau semblable à un sol composé de grains de moins de quelques millimètres de diamètre. Alors que vous pourriez en théorie utiliser le régolithe pour la fabrication additive, pour les maisons imprimées en 3D ou même des composants plus basiques tels que des briques et du ciment, vous auriez besoin de matériaux supplémentaires de la Terre à mélanger avec le régolithe tels que des liants liquides.

Mes collègues et moi avons cherché des moyens d'imprimer en 3D une gamme de composants d'ingénierie en utilisant uniquement du régolithe. Notre technique consiste à utiliser un laser pour transformer une très petite quantité d'énergie en chaleur qui peut fondre et fusionner des grains de régolithe pour former une tranche mince mais solide du matériau. En répétant ce processus plusieurs fois et en ajoutant plus de couches en séquence, nous pouvons éventuellement construire un objet en trois dimensions.

Chaque couche a une épaisseur supérieure à 1 mm et la construction de grandes structures telles que des murs ou des abris complets prendrait donc un temps impraticable. Au lieu, c'est bien mieux pour produire plus petit, des objets très détaillés conçus avec précision tels que des filtres à poussière ou à eau, qui nécessitent généralement des trous de moins d'un micron (0,001 mm). L'impression 3D serait particulièrement utile pour reproduire des composants vitaux s'ils venaient à être endommagés ou usés, et devait être remplacé plus rapidement qu'il ne faudrait à un navire de ravitaillement pour en apporter un nouveau de la Terre.

Pour comprendre comment faire fonctionner cette impression 3D dans l'espace, nous avons mené des investigations approfondies tant sur la matière que sur les procédés, et a essayé de comprendre comment les conditions sur la lune les affecteraient probablement. Sans un approvisionnement immédiat en régolithe réel, nous avons utilisé un matériau qui imite sa composition chimique et minérale en vrac. Cela s'est formé dans des conditions très différentes d'un bombardement de météores, mais c'est suffisamment complexe pour que nous étudiions son interaction avec le laser et que nous utilisions cette connaissance pour estimer la réaction du régolithe réel.

Encore faut-il mieux comprendre la matière et son interaction avec le procédé d'impression 3D, et concevoir de nouvelles solutions techniques pour surmonter toutes les limitations. À ce stade, il est même difficile pour nous de savoir quels genres de choses pourraient mal tourner. Mais une bonne prochaine étape serait de tester l'impression 3D avec un vrai régolithe. Les échantillons existants sur Terre sont très limités, mais avec l'humanité prête à entrer dans une nouvelle ère d'activité lunaire, peut-être qu'un approvisionnement prêt pourrait bientôt devenir disponible.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.