Les humains creusent sous terre depuis des millénaires, sur Terre. C'est là que nous extrayons certaines de nos ressources les plus précieuses qui ont fait progresser la société. Par exemple, il n’y aurait pas eu d’âge du bronze sans l’étain et le cuivre, qui se trouvent tous deux principalement sous terre. Mais lorsque nous creusons sous terre sur des corps célestes, nous avons traversé une période beaucoup plus difficile. Cela devra changer si nous espérons un jour utiliser les ressources potentielles disponibles sous la surface. Un article de Dariusz Knez et Mitra Kahlilidermani de l'Université de Cracovie examine pourquoi il est si difficile de forer dans l'espace et ce que nous pourrions faire pour y remédier.
Dans leur article de 2021, publié dans la revue Energies , les auteurs détaillent deux grandes catégories de difficultés lors du forage hors du monde :les défis environnementaux et les défis technologiques. Penchons-nous d'abord sur les défis environnementaux.
Une différence évidente entre la Terre et la plupart des autres corps rocheux dans lesquels nous voudrions potentiellement forer des trous est l’absence d’atmosphère. Il existe quelques exceptions, comme Vénus et Titan, mais même Mars a une atmosphère suffisamment fine pour ne pas supporter un matériau fondamental utilisé pour le forage ici sur Terre :les fluides.
Si vous avez déjà essayé de percer un trou dans du métal, vous avez probablement utilisé du liquide de refroidissement. Si vous ne le faites pas, il y a de fortes chances que votre foret ou votre pièce chauffe et se déforme au point que vous ne puissiez plus percer. Pour atténuer ce problème, la plupart des machinistes pulvérisent simplement un peu de lubrifiant dans le trou de forage et continuent d'appuyer dessus. Une version à plus grande échelle de ce phénomène se produit lorsque les entreprises de construction forent dans le sol, en particulier dans le substrat rocheux :elles utilisent des liquides pour refroidir les endroits où elles forent.
Cela n'est pas possible sur un corps céleste sans atmosphère. Du moins, sans utiliser les technologies de forage traditionnelles. Tout liquide exposé au manque d’atmosphère se sublimerait immédiatement, produisant peu ou pas d’effet de refroidissement sur la zone de travail. Et étant donné que de nombreuses opérations de forage se déroulent de manière autonome, la foreuse elle-même, généralement fixée à un mobile ou à un atterrisseur, doit savoir quand arrêter son processus de forage avant que les trépans ne fondent. Il s'agit d'un niveau de complexité supplémentaire et ce n'est pas une solution à laquelle de nombreux concepteurs ont encore trouvé une solution.
Un problème de fluide similaire a limité l’adoption d’une technologie de forage omniprésente utilisée sur Terre :l’hydraulique. Les variations extrêmes de température, telles que celles observées sur la lune pendant le cycle jour/nuit, rendent extrêmement difficile la fourniture d'un liquide à utiliser dans un système hydraulique qui ne gèle pas pendant les nuits froides ou ne s'évapore pas pendant les journées caniculaires. En tant que tels, les systèmes hydrauliques utilisés dans presque toutes les grandes plates-formes de forage sur Terre sont extrêmement limités lorsqu'ils sont utilisés dans l'espace.
D’autres problèmes comme un régolith abrasif ou collant peuvent également survenir, comme un manque de champ magnétique lors de l’orientation de la perceuse. En fin de compte, ces défis environnementaux peuvent être surmontés avec les mêmes choses que les humains utilisent toujours pour les surmonter, quel que soit le corps planétaire sur lequel ils se trouvent :la technologie.
Cependant, le forage hors du monde présente également de nombreux défis technologiques. La plus évidente est la contrainte de poids, une considération cruciale pour faire quoi que ce soit dans l’espace. Les grandes plates-formes de forage utilisent des matériaux lourds, tels que des boîtiers en acier, pour soutenir les trous de forage, mais ceux-ci seraient d'un coût prohibitif avec les technologies de lancement actuelles.
De plus, la taille du système de forage lui-même est le facteur limitant de la force du foret :comme indiqué dans le document, « la force maximale transmise au trépan ne peut pas dépasser le poids de l'ensemble du système de forage ». Ce problème est exacerbé par le fait que les perceuses mobiles typiques sont exploitées sur un bras robotique plutôt que placées directement en dessous, là où le poids maximum peut être appliqué. Cette limitation de force limite également le type de matériau que la perceuse peut traverser :il sera difficile de percer un rocher important, par exemple. Bien que la refonte des rovers en tenant compte de l'emplacement des forets puisse être utile, encore une fois, la limitation du poids de lancement entre en jeu ici.
Un autre problème technologique est le manque de puissance. Les moteurs alimentés aux hydrocarbures alimentent la plupart des grandes plates-formes de forage sur Terre. Cela n'est pas réalisable hors Terre, le système doit donc être alimenté par des cellules solaires et les batteries qu'elles fournissent. Ces systèmes souffrent également de la même tyrannie de l'équation des fusées, de sorte qu'ils sont généralement de taille relativement limitée, ce qui rend difficile pour les systèmes de forage de tirer parti de certains des avantages des systèmes entièrement électriques par rapport aux systèmes alimentés aux hydrocarbures, tels qu'un couple plus élevé. .
Quelles que soient les difficultés auxquelles ces systèmes de forage sont confrontés, ils seront essentiels au succès de tout futur programme d’exploration, y compris ceux avec équipage. Si nous voulons un jour créer des cités-grottes de lave sur la Lune ou traverser la calotte glaciaire d'Enceladeus jusqu'à l'océan, nous aurons besoin de meilleures technologies et techniques de forage. Heureusement, de nombreux efforts de conception ont été déployés pour y parvenir.
Le document détaille quatre catégories différentes de conceptions de forets :
Pour chaque catégorie, le document répertorie plusieurs conceptions à différents stades d'exhaustivité. Beaucoup d'entre eux ont de nouvelles idées sur la façon de procéder au forage, comme l'utilisation d'un système "inchworm" ou l'utilisation d'ultrasons.
Mais pour l’instant, les forages hors du monde, et en particulier sur les astéroïdes et les comètes, qui présentent leurs propres défis gravitationnels, restent une tâche difficile mais nécessaire. À mesure que l’humanité acquerra de l’expérience dans ce domaine, nous nous améliorerons sans aucun doute. Étant donné l'importance de ce processus pour les grands projets des explorateurs de l'espace du monde entier, le moment où nous pourrons forer efficacement n'importe quel corps rocheux ou glacé du système solaire ne peut pas arriver assez tôt.
Fourni par Universe Today
