La Chine ouvre la voie de l'impression de céramique en 3D en microgravité

Une des premières civilisations à fabriquer de la céramique il y a environ 10 000 ans, la Chine développe actuellement une technologie pour fabriquer des céramiques dans l'espace.

L'utilisation potentielle la plus excitante de cette technologie est de construire des bases sur la Lune, Mars ou d'autres planètes. Ou peut-être juste de boire du thé dans une tasse faite de poussière lunaire ou de terre martienne.

Les scientifiques du Centre de technologie et d'ingénierie pour l'utilisation de l'espace de l'Académie chinoise des sciences (CAS) ont réalisé la première expérience de fabrication de céramique en microgravité au monde en utilisant la technologie de traitement numérique à la lumière à bord d'un avion parabolique européen en vol.

« Il s'agit d'une technologie d'impression 3D largement utilisée, mais elle était auparavant considérée comme inapplicable dans un environnement de microgravité », a expliqué Wang Gong, directeur du Laboratoire clé de la technologie de fabrication spatiale de la CAS.

Pendant les expériences en vol, les scientifiques ont également testé une technique de coulée de métal en utilisant des moules en céramique imprimés en 3D.

Selon M. Wang, ces deux expériences visent à développer des technologies destinées à produire des composants d'instruments sur la future station spatiale chinoise, ou à construire de grands télescopes dans l'espace, ou encore à explorer la Lune et Mars.

La poussière lunaire est principalement composée de particules de silicate d'une taille nanométrique ou submicrométrique, qui ont une forme similaire aux matières premières de la céramique. Le sol lunaire contient également des métaux tels que le titane, l'aluminium et le fer, a encore précisé M. Wang.

« Nous pouvons développer cette technologie pour fabriquer des moules en céramique avec la poussière lunaire, et ensuite mouler des composants en utilisant des métaux du sol lunaire avec ces moules en céramique », a-t-il déclaré.

Cependant, ces particules fines sont difficiles à contrôler dans le processus de fabrication de l'espace car elles flottent facilement dans un environnement de microgravité. Comme l'a précisé M. Wang, actuellement, les matériaux en filaments sont couramment utilisés dans les expériences de fabrication spatiale, mais leur précision et leur finesse ne sont pas satisfaisantes.

Pour répondre à ce défi, les scientifiques chinois ont développé une technologie qui permet de mélanger la poudre dans une résine pour former une pâte, avant de la solidifier avec un traitement numérique à la lumière.

« Notre équipe a passé plus de deux ans à étudier comment fabriquer une pâte qui ne flotte pas librement dans une situation de microgravité, ce qui est la partie la plus créative et la plus précieuse de la technologie. Nous pensons que cette technologie peut être utilisée pour traiter de nombreuses particules fines », a dit M. Wang.

Les 12 et 13 juin, ils ont mené 28 expériences en microgravité, 2 expériences sous gravité lunaire et 2 expériences sous gravité martienne sur l'avion européen, produisant 10 échantillons de céramique et 8 de métal.

« Nous voulons tester si nous pouvons faire un objet régulier avec une surface lisse avec cette technologie, et nous avons fait des cubes en céramique pour voir leur micro-structure dans différentes conditions de gravité », a commenté M. Wang.

Dans les expériences de coulée de métal, ils ont fabriqué des échantillons comprenant une vis et une petite clé.

« Les échantillons sont de bonne qualité, ce qui montre que la technologie peut être appliquée dans différentes conditions de gravité, et cela confirme aussi la faisabilité de la technologie », a ajouté M. Wang.

Cette technologie pourrait être utilisée pour la production in situ et rapide de semi-conducteurs, de bio-échafaudages, de pièces optiques et de systèmes micro-électromécaniques pour l'exploration spatiale, ainsi que pour l'utilisation in situ des ressources lunaires, et elle pourrait aussi avoir des impacts à longue portée sur la fabrication dans l'espace.

Pour l'heure, les instruments d'essai nécessitent d'être manipulés par des êtres humains. « Notre objectif à long terme est de développer des machines intelligentes capables de fonctionner sur la Lune ou sur Mars, mais ces machines seront plus compliquées », a indiqué M. Wang.

« Elon Musk et SpaceX développent des technologies pour emmener les gens vers d'autres planètes, et nous développons des technologies pour les aider à y survivre », a-t-il conclu.