Un sol lunaire simulé et des thermoplastiques recyclables pourraient contribuer à l’établissement de futures infrastructures spatiales

Le transport de matériaux de la Terre à la Lune est une opération dispendieuse : selon certaines estimations, l’acheminement d’un seul kilogramme peut coûter plus d’un million de dollars. Tout projet visant à construire un habitat humain permanent sur la Lune dépend donc de la réduction de ce coût exorbitant.

Les ingénieurs et les planificateurs s’intéressent depuis longtemps au régolithe lunaire – ces petits fragments rocheux coupants et cette poussière qui recouvrent la surface de la Lune –, qu’ils considèrent comme un matériau d’impression inestimable et abondant. Or, une nouvelle étude de l’Université Concordia montre comment une combinaison de régolithe et de plastique haute performance recyclé pourrait permettre d’imprimer en 3D des composants sur place pour de futures missions lunaires.

L’équipe de recherche a mis au point un matériau composite à partir d’un simulant de régolithe lunaire et d’un thermoplastique haute performance recyclé appelé polyéthercétonecétone (PEKK). Elle a ensuite utilisé ce composite pour imprimer en 3D, avec succès, des composants conçus pour absorber l’énergie et se déformer sous l’effet d’une charge, plutôt que de servir d’éléments structuraux permanents. Ces structures, dites « sacrificielles », ont permis d’évaluer la capacité du composite à résister à des contraintes semblables à celles que le mécanisme d’atterrissage d’un module lunaire devrait absorber lors de l’impact.

Les chercheurs ont également fabriqué une clé à molette à partir du même composite. Ils ont alors constaté que l’ajout de régolithe lunaire contribuait à réduire le retrait et le gauchissement lors du traitement thermique. Selon eux, cet avantage est important pour la fabrication sur la Lune, où l’accès à du matériel permettant un traitement ultérieur est limité, voire inexistant.

L’étude a été menée par Farshad Malekpour (M. Sc. A. 2026) et Mehdi Hojjati, professeur au Département de génie mécanique, industriel et aérospatial. Elle est parue dans Composites Part B: Engineering.

Utiliser les ingrédients dont on dispose

Il importe de noter que le PEKK utilisé dans les démonstrations provenait du recyclage d’une structure sacrificielle antérieure, ce qui prouve qu’il peut être traité et réutilisé tout en conservant ses propriétés thermiques et mécaniques. Les chercheurs ont d’ailleurs recyclé le matériau à trois reprises sans observer de dégradation appréciable ni de perte de ses propriétés structurales et mécaniques.

Les déchets de PEKK collectés ont été déchiquetés, broyés en poudre, séchés à chaud, puis mélangés à un simulant de régolithe lunaire disponible dans le commerce. Le matériau ainsi obtenu a été transformé en filaments et imprimé en 3D sous forme de figures standard et d’une structure sacrificielle : dans ce cas précis, une configuration solide, légère et spongieuse, conçue pour permettre aux plastiques de se plier et de reprendre leur forme initiale sans subir de dommages.

Les chercheurs ont testé la réaction du matériau à la chaleur, à l’étirement, à la flexion et à la compression. Ils ont également soumis certains échantillons à un traitement thermique afin d’observer l’incidence de ce traitement supplémentaire sur le rendement.

Le composite recyclé a fait preuve de stabilité thermique et les particules de régolithe s’étaient réparties de manière homogène dans le plastique. L’ajout d’un simulant de régolithe a aussi permis d’abaisser la température à laquelle le PEKK se cristallise lors du chauffage, améliorant ainsi l’efficacité du processus de traitement thermique. Le composite présentait toutefois une porosité interne supérieure à celle du PEKK non mélangé, ce qui le rendait plus cassant. Les auteurs soulignent que le plastique recyclé lui-même n’a pas subi de dégradation.

Ils affirment que cette étude figure parmi les premières à faire la démonstration d’une approche en boucle fermée combinant recyclage d’un polymère haute performance de qualité spatiale et régolithe lunaire.

Selon eux, bien que cette technologie soit encore très récente, elle offre une voie prometteuse vers une utilisation efficace des rares matériaux disponibles dans le cadre de l’exploration spatiale.

Cette recherche a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada.

Lisez l’article : « Circular additive manufacturing of recycled PEKK-regolith composites for sacrificial structures in lunar in-situ resource utilization ».