Kit de démarrage pour une usine lunaire

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Les matériaux à base de fibres conviennent à la construction d'une future base lunaire. Dans leur projet MoonFibre, les chercheurs ont mis au point un système miniature pour produire des fibres de verre continues dans des conditions défavorables.

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La lune nous est désormais bien connue, y compris sa face cachée. Une sonde chinoise s'y est posée en 2019. L'ESA et la NASA poursuivent également des projets de nouvelles missions lunaires. Si seulement les coûts de transport n'étaient pas si élevés. Il faut compter 1 million de dollars pour transporter un litre d'eau sur la Lune. La simple livraison des matériaux pour une station spatiale de la taille de l'ISS reviendrait à 450 milliards de dollars. L'objectif est donc de construire des infrastructures extraterrestres avec des matériaux disponibles localement. La surface lunaire est constituée de rochers, de gravats et de poussière. Cette roche poreuse et meuble, appelée régolithe, a une composition chimique similaire à celle du basalte, qui se prête à la production de fibres minérales.

L'Institut de mécanique structurelle et de conception légère (SLA) et l'Institut de technologie textile (ITA) de l'université RWTH d'Aix-la-Chapelle ont mis au point une filature miniature automatisée pour la production de fibres minérales. Après avoir analysé des échantillons de sol provenant des missions Apollo et Luna, des simulants de régolithe ont été produits et des fibres aussi fines que 17 micromètres en ont été filées.

Polyvalent

En prenant comme point de départ les systèmes de production de la fibre de verre, les chercheurs ont simplifié les processus et les ont rassemblés dans un cube de 40 centimètres fait de matériaux renforcés de fibres de carbone. Dans ce cube, la roche lunaire sera fondue en verre à 1 450 degrés Celsius. Le verre fondu sera ensuite extrait par une buse située au fond du creuset pour former une fibre continue. Enfin, la fibre continue sera enroulée sur une bobine. L'iBlock devrait être capable de produire jusqu'à 180 kilomètres de fibre par heure.

Le processus de filage conventionnel est affecté par la gravité et la pression de l'air. C'est là que réside la difficulté de l'adapter aux conditions lunaires. Outre la force gravitationnelle plus faible, les fluctuations extrêmes de température ont également été prises en compte lors de la conception de l'installation.

Les fibres de verre obtenues à partir du régolithe seraient très polyvalentes pour la construction d'une base lunaire. Elles pourraient être utilisées pour produire des structures renforcées de fibres en béton et en laine minérale, ou des textiles qui, à leur tour, pourraient être utilisés dans la fabrication de vêtements, d'équipements médicaux, de cordes et de câbles. Les matériaux en laine et les non-tissés serviraient à produire des filtres, des isolants thermiques et acoustiques et des protections contre les radiations. Il est même prévu de cultiver des plantes sur des substrats faits de fibres lunaires.

Extensible à un système

Le cube, qui ne pèse que 17 kilogrammes, peut être mis à l'échelle pour former un système ou une petite usine. Plusieurs unités, interagissant via des interfaces, rempliraient différentes fonctions. Dans une étude menée par le Centre aérospatial allemand (TLR), qui s'est penché sur la création d'une base lunaire, ces fibres lunaires constituaient un élément central.

L'équipe MoonFibre était l'une des trois équipes d'étudiants gagnantes du projet IGLUNA de l'ESA, coordonné par le Centre spatial suisse, qui s'est déroulé à Lucerne en juillet 2020. Au fait : l'enrouleur et le guidage du fil sont entraînés par des moteurs sans balais EC 45 flat et EC 20 flat (ce dernier avec un réducteur planétaire étendu). Le réglage en hauteur est effectué à l'aide d'un autre actionneur, composé d'un moteur DCX 19 S à balais, d'un réducteur planétaire à faible jeu et d'un codeur incrémental ENX pour le positionnement. 

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