L'astronaute de l'Agence spatiale européenne Alexander Gerst travaille sur l'expérience MICS à bord de la Station spatiale internationale. Les observations sur la façon dont le ciment réagit dans l'espace pendant le processus de durcissement peuvent aider les ingénieurs à mieux comprendre sa microstructure et les propriétés de ses matériaux, qui pourraient améliorer les techniques de traitement du ciment sur Terre et conduire à la conception de habitats spatiaux légers. Crédit :NASA
Quand les humains vont sur la Lune ou sur Mars pour rester, ils devront construire des lieux sûrs où vivre et travailler. Le matériau de construction le plus utilisé sur Terre, béton, peut être la réponse. Il est suffisamment solide et durable pour assurer une protection contre les rayonnements cosmiques et les météorites et il peut être possible de le fabriquer en utilisant des matériaux disponibles sur ces corps célestes.
Le béton est un mélange de sable, gravier et roches collées ensemble avec une pâte faite d'eau et de poudre de ciment. Bien que cela semble simple, le processus est assez complexe, et les scientifiques ont encore des questions sur la chimie et les structures microscopiques impliquées et sur la façon dont les changements de gravité peuvent affecter le processus.
Une enquête récente sur la Station spatiale internationale a examiné la solidification du ciment en microgravité pour aider à répondre à ces questions. Pour le projet Microgravity Investigation of Cement Solidification (MICS), chercheurs mélangés silicate tricalcique (Ca
Les enquêteurs ont rapporté leurs résultats dans un article publié dans Frontiers in Materials, "Effet de la microgravité sur le développement microstructural du silicate tricalcique (C
Ces images comparent des pâtes de ciment mélangées dans l'espace (en haut) et au sol (en bas). L'échantillon de l'espace montre plus de porosité, ou des espaces ouverts dans le matériau, qui affecte la résistance du béton. Les cristaux de l'échantillon de Terre sont également plus ségrégués. Crédit :Laboratoire de caractérisation des matériaux de Penn State
"En mission sur la Lune et sur Mars, les humains et les équipements devront être protégés des températures extrêmes et des radiations, et la seule façon de le faire est de construire des infrastructures sur ces environnements extraterrestres, " a déclaré la chercheuse principale Aleksandra Radlinska de l'Université d'État de Pennsylvanie. " Une idée est de construire avec un matériau semblable au béton dans l'espace. Le béton est très solide et offre une meilleure protection que de nombreux matériaux."
Un autre avantage important du béton est que les explorateurs pourraient théoriquement le faire avec les ressources disponibles sur ces corps extraterrestres, comme la poussière sur la Lune, également connu sous le nom de régolithe lunaire. Cela éliminerait le besoin de transporter des matériaux de construction vers la Lune ou Mars, réduisant considérablement les coûts.
Les scientifiques savent comment le béton se comporte et durcit sur Terre, mais je ne sais pas encore si le processus est le même dans l'espace. "Comment va-t-il durcir ? Quelle sera la microstructure ?" dit Radlinska. "Ce sont les questions auxquelles nous essayons de répondre."
Les chercheurs ont créé une série de mélanges qui variaient le type de poudre de ciment, nombre et type d'additifs, quantité d'eau, et le temps alloué à l'hydratation. Comme les grains de poudre de ciment se dissolvent dans l'eau, leur structure moléculaire change. Des cristaux se forment dans le mélange et s'imbriquent les uns dans les autres. Lors de la première évaluation, les échantillons traités sur la station spatiale montrent des changements considérables dans la microstructure du ciment par rapport à ceux traités sur Terre. Une différence principale était une porosité accrue, ou la présence d'espaces plus ouverts. "La porosité accrue a une incidence directe sur la résistance du matériau, mais nous n'avons pas encore mesuré la résistance du matériau formé dans l'espace, " dit Radlinska.
« Même si le béton est utilisé depuis si longtemps sur Terre, nous ne comprenons toujours pas nécessairement tous les aspects du processus d'hydratation. Maintenant, nous savons qu'il existe des différences entre les systèmes terrestres et spatiaux et nous pouvons examiner ces différences pour voir lesquelles sont bénéfiques et lesquelles sont préjudiciables à l'utilisation de ce matériau dans l'espace, " dit Radlinska. " Aussi, les échantillons étaient dans des sachets scellés, donc une autre question est de savoir s'ils auraient des complexités supplémentaires dans un environnement d'espace ouvert. "
L'environnement de microgravité de la station est essentiel pour ces premiers regards sur la façon dont le ciment peut s'hydrater sur la Lune et sur Mars. Une centrifugeuse embarquée peut simuler les niveaux de gravité de ces corps extraterrestres, quelque chose d'impossible sur Terre. L'évaluation d'échantillons de ciment contenant des particules lunaires simulées traitées à bord du laboratoire en orbite à différents niveaux de gravité est actuellement en cours.
Montrer que le béton peut durcir et se développer dans l'espace représente une étape importante vers cette première structure construite sur la Lune à l'aide de matériaux provenant de la Lune. "Nous avons confirmé l'hypothèse que cela peut être fait, " a déclaré Radlinska. " Maintenant, nous pouvons prendre les prochaines étapes pour trouver des liants spécifiques à l'espace et aux niveaux de gravité variables, de zéro g à Mars g et entre les deux."
