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Impression 3D dans l'Espace : Une Révolution Technologique aux Frontières de l'Inconnu

Space 3D printer

L'impression 3D déjà bien connue du grand public sur Terre pourrait résoudre dans l'Espace de nombreuses problématiques et apporter une marge de manœuvre considérable aux travailleurs au dessus de nos têtes. Elle pourrait entre autre résoudre un enjeu majeur de toute expédition: le ravitaillement.

« J'en prendrai 1kg »

Saviez -vous que le coût d'envoi d'un objet vers la Station Spatiale Internationale (ISS) dépend de plusieurs facteurs? Il dépend notamment du choix du véhicule de lancement, de sa capacité de fret et d'autres spécificité propre à sa mission.

Historiquement, le coût par kilogramme pour envoyer du fret vers l'ISS avec la navette spatiale américaine était très élevé, on l'estimait à environ 20 000 à 40 000 euros par kilogramme. Depuis la retraite de la navette spatiale, l'ISS est ravitaillée par une variété de véhicules de lancement commerciaux et gouvernementaux, comme ceux de SpaceX (Falcon 9), Roscosmos (Soyouz et Progress), et d'autres.

Avec l'entrée de ces sociétés privées comme SpaceX dans le domaine du lancement spatial, les coûts ont tendance à diminuer. Par exemple, cette dernière a réduit significativement le coût de lancement grâce à ses fusées Falcon 9. Les chiffres exacts varient, mais les estimations suggèrent que SpaceX pourrait réduire le coût à environ 2 000 à 3 000 euros par kilogramme, voire moins pour certaines missions.

Il est important de noter que ces chiffres sont des estimations et peuvent varier en fonction de nombreux facteurs, tels que le volume de la charge utile, la complexité de la mission, et les négociations contractuelles entre les agences spatiales et les fournisseurs de lancement.

Ouvrir la Voie à l'Exploration

L'impression 3D dans l'espace offre plusieurs avantages:

  • Réduction du poids et des coûts : L'impression 3D permet la fabrication sur demande d'outils, de pièces et même de nourriture
    dans l'espace, réduisant ainsi la nécessité de transporter chaque élément depuis la Terre et diminuant le poids de lancement et les coûts.
  • Recyclage et durabilité : Les astronautes peuvent recycler les déchets plastiques en filament pour l'impression 3D, réduisant ainsi la production de déchets et favorisant la durabilité dans l'espace.
  • Personnalisation et flexibilité : L'impression 3D permet la production de pièces et d'outils sur mesure, offrant une flexibilité pour le prototypage et la fabrication de pièces aérospatiales.
  • Soutien pour les missions de longue durée : La capacité de fabriquer des produits essentiels dans l'espace est cruciale pour les voyages à long terme vers des destinations telles que la lune ou Mars, où le ravitaillement depuis la Terre n'est pas faisable. Ainsi des points d'impression sur des stations pourraient voire le jour. Des projets visent à utiliser le régolithe lunaire et martien pour construire des structures, ouvrant la voie à la colonisation spatiale.

Malgré ces avantages, il y reste des défis à surmonter, tels que les effets de la microgravité sur le processus d'impression et la nécessité de garantir la fiabilité et la qualité des pièces imprimées en 3D dans l'espace. Le projet de fabrication dans l'espace de la NASA mène le développement de technologies et de processus pour permettre une capacité de fabrication à la demande pour des missions de longue durée comme l'exploration de Mars ou des opérations humaines soutenues sur la surface lunaire.

La Microquoi?

La microgravité, ou l'apesanteur apparente, a un impact significatif sur les fluides et matériaux. En ces contraintes les forces de gravité sont considérablement réduites, ce qui entraîne plusieurs effets sur le comportement des fluides par exemple:

la capillarité accrue : les forces capillaires deviennent beaucoup plus dominantes par rapport à la gravité. Cela signifie que les liquides ont tendance à monter plus facilement dans de petits espaces, comme les fissures ou les tubes minuscules. Par exemple, dans un tube fin, un liquide peut monter beaucoup plus haut en microgravité que sur Terre en raison de la prédominance des forces capillaires.

De ce fait on dénote certains impacts sur l'impression 3D :

  • Absence de contrainte gravitationnelle : Comme expliqué précédemment en l'absence de force de gravité terrestre l'écoulement du matériau est principalement dicté par des forces plus locales, telles que la tension de surface et la viscosité. Cela peut affecter la façon dont les couches de matériau sont déposées et fusionnées, ce qui nécessite des ajustements dans les paramètres d'impression.
  • Stabilité du processus : L'absence de gravité constante peut rendre le processus d'impression 3D moins stable. Les vibrations et les mouvements du vaisseau spatial ou de la station spatiale peuvent perturber l'impression. Par conséquent, il est nécessaire de développer des systèmes d'amortissement et des mécanismes de contrôle pour maintenir la stabilité du processus.
  • Fusion du matériau : En microgravité, la fusion et la solidification des matériaux peuvent se comporter différemment en raison de l'absence de convection naturelle, qui est normalement causée par la gravité. Cela peut affecter la qualité des objets imprimés et la distribution thermique lors de la fusion des matériaux. En réponse à cette contrainte des matériaux comme les polymères renforcés (comme la fibre de carbone) sont utilisés pour leur grande résistance mécanique.
  • Élimination des déchets : La gestion des déchets produits par l'impression 3D en microgravité est un défi important. Les déchets de matériau peuvent flotter librement dans l'environnement de la station spatiale ou du vaisseau spatial, ce qui nécessite des systèmes de collecte et de gestion appropriés pour éviter tout impact négatif sur les environnements étroits des stations spatiales.

Quelques projets notables: