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Structures de Mars : les matériaux

18-11-2020

L’intérêt croissant que la société porte à explorer d’autres planètes et à déplacer la vie humaine hors de la planète terre, fait que de plus en plus de zones de connaissance commencent à explorer ce qui est hors de la planète terre. Mars a été la planète cible pour beaucoup, non seulement parce qu’elle est plus proche de la terre, mais aussi parce qu’elle a certaines caractéristiques qui la rendent possible d’accueillir la vie humaine, dans certaines limites. Pour que cela arrive, il est nécessaire d’avoir des espaces créés sur Mars qui offrent des conditions de vie de base et ces espaces à créer nécessitent des structures et des barrières d’isolation.

Le transport de matériaux de la Terre vers Mars est encore très coûteux. Transporter des matériaux de construction entre la Terre et Mars pour créer des bâtiments est contre-économique. La société doit donc trouver des moyens d’exploiter les ressources de Mars pour créer les espaces qui auront les conditions de vie de base de l’espèce humaine sur cette planète. Une des façons d’y parvenir, en évitant le plus de main-d’œuvre humaine possible sur Mars, est l’impression 3D.

 

 

Slefty grâce à une recherche et développement interne, a analysé le sujet et identifié quelques matériaux structurels susceptibles d’être utilisés. En raison de la difficulté d’accéder au matériel et aux informations de Mars, tout le travail a reposé principalement sur d’autres travaux réalisés par les pouvoirs publics.

 

Ciment Martien

Ce mélange est constitué, en pourcentage de poids, de 50 % de regolite et de 50 % de soufre. Le processus d’obtention de ce composé résulte uniquement du chauffage à 120°C des composants, suivi d’un refroidissement jusqu’à 20°C. C’est un mélange facile à obtenir, recyclable et bon marché. Cependant, il y a un grand manque d’informations quant à leur caractérisation mécanique, ce qui nous prive d’informations pertinentes pour l’analyse. En outre, ce mélange présente le problème d’entrer en auto-inflammation si le processus de chauffage dépasse la température limite. (WAIT, Taylor 2018)

 

Crédits : Jacobs School of Engineering/UCSD

 

Composite de polyéthylène haute densité avec sable

Ce mélange est constitué, en pourcentage de poids, de 30 % de Fibre de Basalte et de 70 % de Polyéthylène de haute densité. Les fibres de basalte peuvent être obtenues à partir du basalte, qui est abondant sur Mars. Le processus d’obtention d’hydrogène dans l’atmosphère de Mars est cependant difficile, cependant, le polyéthylène est un thermoplastique qui peut être utilisé dans les emballages du lander et ensuite réutilisé comme matrice pour un composite. En raison de la différence de pression entre l’habitat et l’atmosphère de Mars, le composite sera traqué. Comme le sable ne confère pas de résistance à la traction, seul le polyéthylène, il faudrait obtenir les valeurs de caractérisation mécanique à la traction.

 

Composite de PLA avec fibres de basalte

Ce mélange a été étudié dans le but d’être appliqué dans l’industrie de l’impression 3D. La littérature consultée (Czigány 2013) permet de conclure que les compositions de 10 % et 20 % présentent les meilleures caractéristiques mécaniques. En outre, on observe que pour les fibres plus longues, le matériel devient plus rigide, mais moins résistant. Selon le type d’actions auxquelles la structure sera soumise, nous pouvons choisir des fibres moins longues ou plus longues. Comme mentionné précédemment, la fibre de basalte est un matériau facilement trouvé sur Mars. Le thermoplastique PLA n’est pas disponible sur Mars. Toutefois, il peut être initialement utilisé comme matériel dans les emballages du Lander et, après "fondu" comme matériel structurel. Le PLA est un matériel qui peut être acquis par l’exploitation de l’amidon et de la canne à sucre, ce qui permettra à long terme l’obtention de ce polymère sur Mars.

 

Composite d’ABS avec des fibres de basalte

La caractérisation mécanique obtenue dans le composite d’ABS et de fibre de basalte est la plus complète parmi les composites étudiés. Il apparaît que le composite a une résistance à la compression légèrement supérieure à celle du béton conventionnel utilisé sur Terre. En outre, le composite a une résistance à la traction nettement supérieure à celle du béton, ce qui lui donne une plus grande gamme d’applications structurelles. L’application du composite ABS dans la technologie d’impression 3D a déjà été testée avec succès dans l’espace. (Coughlin 2019)

 

 

 

 

En raison de l’abondance sur Mars, des tests déjà effectués sur une gravité réduite et de la grande caractérisation mécanique du matériel, le composite d’ABS avec des fibres de basalte est le matériel choisi par l’équipe de Slefty pour poursuivre la recherche et le développement de solutions structurelles pour cette planète.

 

Sources :

COUGHLIN, Natalie, et al. Development and Mechanical Properties of Basalt Fiber-Reinforced Acrylonitrile Butadiene Styrene for In-Space Manufacturing Applications. Journal of Composites Science, 2019, 3.3: 89.

CZIGÁNY, Tibor; KOVÁCS, József Gábor; TÁBI, Tamás. Basalt fiber reinforced poly (lactic acid) composites for engineering applications. 2013.

WAIT, Taylor. Development of Material for 3D Printed Habitats with Extraplanetary Applications. 2018.

WAN, Lin; WENDNER, Roman; CUSATIS, Gianluca. A novel material for in situ construction on Mars: experiments and numerical simulations. Construction and Building Materials, 2016, 120: 222-231.

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