La NASA se tourne aussi vers les nanotechnologies

Le 29 septembre dernier se tenait à Houston un Nanotechnology Forum organisé par le Johnson Space Center (JSC) de la NASA, Rice University et le Consortium for Nanomaterials for Aerospace Commerce and Technology (CONTACT). Les responsables des différentes divisions du JSC ont présenté les problématiques auxquelles ils sont confrontés pour développer les programmes d'exploration spatiale humaine. Au centre des préoccupations: le développement de nouveaux matériaux multifonctionnels.

Les nanotubes de carbones sont une des voies de recherche en nanotechnologie
 

Les problématiques de l'exploration spatiale humaine:

Envoyer et maintenir en vie des hommes dans un milieu aussi inhospitalier que l'espace nécessite de relever deux défis. Le premier consiste à mettre au point des structures (navettes, modules d'habitation ou combinaisons spatiales) capables d'isoler et de protéger les hommes de leur environnement extérieur. Le second est de maintenir en permanence au sein de ces structures un environnement vivable.

Il faut protéger les hommes des radiations (particules du vent solaire,
photons de haute énergie, rayons cosmiques galactiques) et du froid avec une structure capable de résister aux impacts des micrométéorites. Il faut maintenir dans les structures une atmosphère respirable et saine, sans éléments toxiques ou poussières. Il faut gérer le traitement et le recyclage des déchets, de l'eau et de l'air afin d'utiliser au mieux les ressources. Il faut enfin être en mesure de fournir aux structures des sources d'énergie efficaces et fiables sans risques de déclencher un incendie.

A l'heure actuelle, il est possible techniquement de relever ces défis et de réaliser les structures nécessaires pour envoyer un équipage sur Mars par exemple. Cependant, une telle structure aurait une
masse si importante que le coût de son envoi dans l'espace est prohibitif. La solution: développer des structures plus légères assurant les mêmes conditions de protection et de sécurité.

Le graal pour les ingénieurs du JSC, se sont les nouveaux matériaux. Pas forcément plus légers ou plus résistants, mais multifonctionnels. A l'heure actuelle, chaque matériau répond à une fonction donnée. Les combinaisons ou les modules spatiaux sont ainsi constituées d'une multitude de couches de différents matériaux. Pouvoir développer des matériaux qui vont répondre à plusieurs besoins simultanément, c'est supprimer des couches et de la masse.

Le rôle des nanotechnologies:

Les nanotechnologies portent les espoirs pour mettre au point de tels matériaux multifonctionnels mais aussi résoudre les problèmes de production, stockage et récupération d'énergie ou encore de recyclage des déchets. Le symposium permettait aux ingénieurs du JSC de présenter leurs problématiques dans ces domaines aux chercheurs de la Rice University.

En ce qui concerne la protection contre les radiations galactiques par exemple, l'hydrogène est l'élément chimique le plus efficace. Il est aussi le plus léger, ce qui présente un avantage considérable. Cependant, il ne se présente que sous une forme gazeuse ou
liquide. Il s'agit alors de développer des matériaux ou des structures capables de le contenir pour obtenir un bouclier protecteur.

La mise au point de nouveaux textiles est aussi cruciale. En plus de l'habillement, ils sont utilisés dans l'ameublement, l'emballage, les structures, les combinaisons, etc. Les fibres naturelles comme le coton vieillissent en libérant des composants chimiques toxiques. Les colorants utilisés peuvent aussi se révéler dangereux. Il faut s'assurer que les textiles sont ininflammables, résistants, hygiéniques ou encore qu'ils ne retiennent pas les poussières, notamment dans le cas des combinaisons. Il faut ajouter à cela de nouvelles fonctionnalités comme la possibilité d'introduire des
capteurs pouvant contrôler les fonctions vitales.

D'une manière générale, le développement de capteurs est un défi. Ils sont essentiels pour contrôler en permanence la qualité de l'environnement de survie créé au sein des structures: toxicité de l'air, température, résistance des structures, niveaux de
radiation, etc. Pour cela, le développement de micro- et nano-capteurs autoalimentés et intégrables au sein des matériaux offre certainement de larges perspectives. Les recherches menées dans le cadre de la décontamination de l'eau et de l'air à l'aide de nanoparticules peuvent aussi entrainer des applications directes dans le cadre des missions spatiales habitées.

Pour ce qui est de créer des structures résistantes, notamment aux impacts de micrométéorites, l'objectif n'est pas d'obtenir des matériaux très résistants mais plutôt des matériaux qui peuvent supporter des dégâts et qui peuvent assurer leur auto réparation. La recherche dans le domaine des polymères pourraient apporter des solutions.


Les problématiques techniques posées par la mise au point de vols spatiaux habités sont variées et touchent à de nombreux domaines: énergie, matériaux, toxicologie. Il semble qu'une révolution technologique générale s'impose pour pouvoir résoudre l'ensemble de ces difficultés. Les nanotechnologies portent en elles la promesse d'une telle révolution mais il s'agit encore de la faire advenir.


Le rêve de l'homme de dépasser l'orbite lunaire est pour le moment compromis par les contraintes budgétaires qui excluent l'envoi dans l'espace des structures actuelles qui pourraient assurer sa survie. L'exploration spatiale humaine, au-delà des contraintes physiologiques et psychologiques liées aux séjours prolongés dans l'espace, ne pourra se poursuivre qu'après la mise au point de nouveaux matériaux multifonctionnels permettant de construire des structures légères assurant une sécurité optimale pour leurs occupants.

Source: BE Etats-Unis numéro 222 (15/10/2010) - Ambassade de France aux Etats-Unis / 
Illustration: Photothèque-CNRS

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