Dans un communiqué récent, l’ESA a annoncé que l’équipage de la Station spatiale internationale avait produit une pièce métallique imprimée en 3D entièrement dans l’espace. Une grande première qui démontre la viabilité d’un concept susceptible de jouer un rôle déterminant dans le futur de l’exploration spatiale.
Ce succès technique a commencé avec un partenariat entre l’Agence spatiale européenne et l’avionneur Airbus, qui cherchent à développer les capacités de fabrication spatiale du Vieux continent. C’est une thématique qui, à l’heure actuelle, relève encore largement de la science-fiction, car notre espèce n’a encore jamais eu le besoin ou la capacité de construire du matériel de très grande taille en orbite. Mais cet état de fait commence à changer tout doucement, à une époque où le regard de l’humanité pointe de plus en plus souvent vers les étoiles.
Une question de flexibilité et d’autonomie
En effet, de plus en plus d’institutions, aussi bien privées que gouvernementales, prévoient de déployer une infrastructure de plus en plus importante en orbite de la Terre et même sur d’autres planètes, que ce soit à des fins d’exploration scientifique, d’exploitation industrielle ou de tourisme. Tous ces véhicules et équipements ne seront évidemment pas éternels, et auront fatalement besoin d’être réparés périodiquement pour fonctionner sur de longues durées. Mais la logistique de ces opérations risque d’être plus complexe qu’il n’y paraît.
Prenons l’exemple d’une station comme l’ISS qui souffrirait d’une défaillance critique, susceptible de mettre tout un équipage en danger. Si les astronautes n’ont pas le matériel nécessaire sous la main dans un scénario d’urgence, il faudrait affréter une fusée à plusieurs millions spécifiquement pour leur livrer quelques petites pièces, ce qui serait hautement problématique en termes de rentabilité. Dans d’autres cas, cela ne sera tout simplement pas possible. On pense notamment aux missions de longue durée sur d’autres planètes ; à plusieurs centaines de milliers, voire millions de kilomètres de la Terre, un équipage sera livré à lui-même et n’aura pas d’autre choix que de faire avec les moyens du bord.
C’est précisément pour cette raison que l’ESA a sollicité Airbus et ses partenaires pour concevoir la toute première imprimante 3D à métal. Grâce à cette machine, un équipage devrait théoriquement pouvoir produire n’importe quelle pièce détachée directement à bord de son vaisseau pour gagner en autonomie et en efficacité.
Un bijou d’ingénierie
Mais si les avantages sont évidents, il s’agit tout de même d’un exercice d’ingénierie extrêmement ardu, notamment pour des raisons de taille. En effet, ces machines (ou du moins, les versions industrielles) sont typiquement beaucoup trop imposantes pour convenir à une station spatiale, où les contraintes d’espace sont très importantes. Les ingénieurs ont donc dû fournir des efforts considérables pour alléger et rapetisser leur engin autant que possible — mais ce n’était qu’un début.
Pour commencer, les équipes d’Airbus ont dû s’adapter aux conditions particulières de la microgravité. Une partie des imprimantes à métal industrielles fonctionnent en déposant de fines couches de poudre de métal qui sont fusionnées les unes après les autres à l’aide d’un laser. C’est une approche très intéressante pour un tas de raisons. Elle permet notamment de travailler avec une excellente précision, même dans le cas de géométries très complexes. En outre, elle offre une grande flexibilité en termes de matériaux, et les pièces ainsi produites sont généralement d’excellente qualité au niveau structural.
Le souci, c’est que cette approche est fortement dépendante de la gravité ; loin de la Terre, il est nettement plus difficile de déposer cette fameuse poudre avec la précision nécessaire. Airbus a donc misé sur une impression de type FDM (Fused Deposition Modelling) où la tête d’impression fait fondre un filament de matériel, comme dans de nombreuses imprimantes 3D grand public.
Une fois la machine fonctionnelle, ils ont aussi dû jongler avec des contraintes thermiques. Façonner du métal nécessite forcément de le faire fondre, et cela implique de travailler avec des températures élevées qui pourraient rendre tout un module entièrement inhabitable. Pour éviter ce scénario, ils ont dû imaginer un système d’isolation et de refroidissement extrêmement performant.
Une première fournée de pièces à analyser
Cette imprimante taillée pour l’espace a été déployée à bord de l’ISS en début d’année, et il ne restait plus qu’à vérifier si elle allait fonctionner. Dans un communiqué publié vendredi dernier, l’ESA a indiqué que la démonstration tant attendue avait enfin eu lieu quelques semaines plus tôt ; à la fin du mois d’août, l’engin a imprimé les tout premiers objets en métal dans l’espace. Mais il va encore falloir patienter un peu avant de pouvoir mettre cet équipement à contribution.
En effet, les objets ainsi imprimés ne sont ni des pièces de rechange ni des outils ayant vocation à être utilisés en l’état. Il s’agit simplement de quelques formes génériques destinées à tester les performances de l’imprimante. Ces échantillons vont donc être rapatriés sur Terre, puis envoyés à quatre institutions de recherche qui vont les analyser sous toutes les coutures. Ces équipes techniques partiront notamment à la chasse aux défauts structuraux, afin de déterminer si l’imprimante est déjà capable de produire des pièces d’assez bonne qualité ou s’il va encore falloir ajuster le processus d’impression.
Quoi qu’il en soit, il s’agit déjà d’un vrai pas en avant pour cette technologie qui va sans doute jouer un rôle central dans le futur de l’exploration spatiale — mais pas seulement. Une fois arrivées à maturité, ces imprimantes pourraient aussi devenir les vedettes de l’industrie orbitale dont rêvent Jeff Bezos et consorts. Il conviendra donc de suivre la suite de ce programme fascinant.
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