À partir de poussière lunaire: Les imprimantes 3D de Lithoz fabriquent des outils pour la station lunaire
De la science-fiction? Pas du tout! La construction de maisons sur la Lune est bien plus qu'une vision audacieuse – notamment grâce au Programme international Artemis, dont l'objectif est d'amener à nouveau un équipage sur le sol lunaire. Dans le cadre d’un projet de l'Agence spatiale européenne (ESA), la société Lithoz GmbH de Vienne recherche - en tant que spécialiste de la fabrication additive céramique - comment fabriquer sur place des outils et matériaux de construction à partir de poussière lunaire par impression 3D. Le matériau est testé avec des machines ZwickRoell.
„Tout ce qu'un homme peut imaginer, d'autres hommes peuvent le concrétiser." (Extrait de: Le tour du monde en 80 jours, Jules Verne)
Une maison au bord du lac – ou à la montagne: Qui n’en a pas rêvé? Mais une maison sur la lune? Avec vue sur la Terre, sur l'espace et la voie lactée? Ce qui ressemble aux scenarii de romans ou films de science-fiction, les chercheurs et scientifiques y travaillent depuis quelques temps déjà - en collaboration avec les agences spatiales internationales - comme actuellement dans le cadre de la mission lunaire Artemis. La vision: Construire une base spatiale sur la Lune à plus ou moins long terme. L’objectif: De là, aller beaucoup plus loin dans l'espace, vers Mars - et mieux encore explorer notre système solaire et (peut-être aussi) découvrir et explorer des "galaxies inconnues" - à ce jour -...
Pour faire ce grand pas, les experts estiment que la construction d'une station lunaire serait nécessaire et indispensable à long terme. Cet „avant-poste“, déjà présent dans de nombreux films de science-fiction, permettrait de raccourcir considérablement le long - et coûteux - trajet de la Terre à la Lune.
Principe de l’ISRU: Transformer ce qui est disponible sur place
La solution est la suivante: Régolithe lunaire, c'est-à-dire la poussière de lune Celle-ci se trouve, en effet, en abondance sur le satellite de la Terre – et pourrait, selon le principe de ISRU (in situ ressource utilization), servir de „matière première“ sur place pour fabriquer les matériaux de construction, les outils ou encore les meubles nécessaires à la base lunaire. Dans l’exploitation spatiale, l'ISRU consiste à collecter, traiter et utiliser les ressources/matières premières disponibles pour remplacer les matériaux qui devraient sinon être importés de la Terre.
Selon des projets sur lesquels travaille également l'Agence spatiale européenne (ESA), une station lunaire complète devrait être créée de cette manière, par impression 3D. Pour simplifier, il suffirait d'amener des imprimantes 3D sur la Lune pour y imprimer les matériaux et les outils nécessaires. Pour ce faire, des véhicules collecteraient la poussière lunaire et – l’ajout de quelques matériaux supplémentaires – devrait permettre d'imprimer avec de la poussière lunaire. Un avantage supplémentaire: Selon les estimations des experts, les matières premières nécessaires au matériau de base pour l'impression 3D ne représenteraient qu'un pour cent – ce qui serait également avantageux en termes de réduction des coûts.
La vraie poussière de lune est inutilisable – Essais avec un matériau synthétique
Dans le cadre de son projet „Moon Dust“, la société Lithoz GmbH de Vienne s’intéresse tout particulièrement à ce sujet – et depuis sa création en 2011, elle est même devenue leader mondial dans le domaine de la fabrication additive pour la céramique haute performance. Les ingénieurs matériaux et testeurs de matériaux de Lithoz GmbH, fondée par les deux diplômés de l'Université technique (TU) de Vienne et actuels directeurs - Johannes Benedikt et Johannes Homa -, travaillent sur un procédé permettant de produire des outils et pièces d'usure à partir de poussière lunaire synthétisée par imprimante 3D - et testent en outre les propriétés de ces matériaux.
S'il existe, en effet, sur Terre 400 kilos environ de roches lunaires - issues des missions lunaires antérieures -, celles-ci sont désormais inutilisables à des fins expérimentales actuelles, car elles ont perdu leur réactivité chimique.
Grâce à des matériaux terrestres synthétisés, les scientifiques produisent ce qu'ils appellent des simulants de régolithe, qui possèdent des propriétés chimiques, mécaniques ou techniques similaires à celles de la véritable régolithe lunaire. Dans le cadre de l'étude LUPIN menée avec l'Agence spatiale européenne (ESA), Lithoz GmbH a développé un procédé permettant de traiter le régolithe à l’aide de sa technologie d'impression basée sur la lithographie. Lors de l'impression 3D LCM, une barbotine céramique contenant un liant organique photoréactif est exposée à la lumière bleue, couche par couche, au pixel près, et ainsi durcie aux endroits correspondants, afin de produire des pièces céramiques vertes d'une résistance mécanique impeccable pour un traitement ultérieur.
Homa: „Notre technologie LCM est à la pointe et constitue l'étalon-or de l'impression 3D LCM céramique.“
La stabilité de la poussière lunaire est testée lors d'essais de compression et de flexion en 3 points
Et si des composants devaient à l’avenir être fabriqués sur la Lune par impression 3D de Lithoz, le fabricant de machines d'essais ZwickRoell aurait également sa part dans le projet et son éventuel succès. La raison: Pour amener l'entreprise là où elle se trouve aujourd'hui - les deux fondateurs Benedikt et Homa travaillaient déjà avec des machines d'essais ZwickRoell lorsqu'ils étudiaient à l'université technique de Vienne. „Nous avons fait nos premiers pas dans le domaine de l'impression 3D à l'université. C'est pourquoi nous connaissons et apprécions la fiabilité et précision des machines d'essais ZwickRoell“, explique Johannes Benedikt, directeur technique (CTO) de Lithoz GmbH.
En novembre dernier, les ingénieurs matériaux de ZwickRoell ont testé à Ulm - à la demande de Lithoz GmbH - les échantillons de poussière lunaire auparavant analysés à Vienne, afin de déterminer s'ils pouvaient servir de matériau de base pour des outils ou matériaux de construction dans l'espace - car il n'est bien entendu pas possible d'aller au magasin pour acheter une pièce neuve si un élément casse sur la lune.
„Une seconde inspection est toujours très utile dans de tels cas et nous aide dans l'amélioration continue du procédé“, explique Homa, le co-directeur. Ces deux jours de tests comprenaient des essais de compression et essais de flexion en 3 points. „Pour nous, les essais sur régolithe constituaient une nouveauté, mais nous avons pu les réaliser de manière très satisfaisante, conformément aux exigences spécifiques du client“, résume Tobias Ebner, ingénieur matériaux responsable chez ZwickRoell des essais sur les éprouvettes du projet „Moon Dust“. Et d’ajouter: „L'évaluation des résultats d’essais, à savoir si et dans quelle mesure le matériau convient pour la construction d'une station lunaire ou s'il doit être adapté, incombe désormais à notre client.“
Les résultats et conclusions de ces deux jours de tests de qualité sont en cours d'analyse chez Lithoz GmbH; ils seront discutés
avec l'Agence spatiale européenne (ESA), puis publiés.
„Nous sommes connus au sein de la communauté scientifique“
Dans son ascension fulgurante dans le domaine de l'impression 3D céramique, Lithoz GmbH se distingue par un triptyque particulier – que l'on pourrait bientôt entendre - ou plus exactement voir - de l'espace: De la recherche fondamentale au développement de produits opérationnels – utilisables par l'industrie - et prêts à être commercialisés, en passant par la recherche appliquée, Lithoz GmbH offre un savoir-faire complet en matière d'impression 3D avec des solutions parfaitement adaptées. C'est pour cette raison notamment que l'ESA (Agence spatiale européenne) est l'un de ses partenaires et coopère étroitement avec l'entreprise autrichienne. Grâce au parcours universitaire de ses deux directeurs, de „meilleurs contacts ont pu être établis avec la communauté scientifique“, car l’entreprise est „très connue“, comme l'explique Johannes Homa, directeur général (CEO). Malgré le succès de l’entreprise: Lithoz GmbH „garde les pieds sur terre“ - en dépit de sa croissance: L'entreprise emploie plus de 135 personnes, produit et développe principalement au siège de Vienne - et mise sur une étroite collaboration avec des experts de la recherche, de la science et de l'industrie.
Repousser les limites du possible, pénétrer de nouvelles sphères
Selon Homa, le directeur de Lithoz „le soleil fera encore quelques tours autour de la Terre“ avant que la construction d'une station spatiale sur la Lune ne commence. Et, il souligne que „le chemin vers la lune ne sera pas facile“. Mais: il est „planifié et aplani“. Ce n'est qu'une question de temps avant qu'une station de base ne soit créée sur la lune. Lithoz GmbH est en bonne voie pour „remplir sa mission et fournir une impression céramique de haute-qualité“ et repousser les limites du développement de la céramique. „Nous voulons contribuer à l’aventure de l’humanité vers des galaxies inconnues et l’exploration de nouveaux mondes“, expliquent les spécialistes de la céramique à propos des ambitions de l'entreprise.
„La construction d'une station lunaire sera un grand pas pour l'exploration spatiale et une étape importante pour l'humanité. Chez Lithoz GmbH, nous sommes prêts à prender part à ce voyage et à ce développement passionnants“. Et Benedikt ajoute: „Celui qui va sur la lune ne peut passer à côté de nous. Partenaire très fiable, ZwickRoell nous a fourni une base de données cruciale, qui nous a permis d'acquérir les connaissances centrales nécessaires à cette mission. Grâce à ZwickRoell, nous avons fait un pas décisif. Nous souhaitons - au sens propre du terme - viser les étoiles et rendre possible ce qui est concevable et le mettre en œuvre sur le plan spatial grâce à nos compétences.“
