Impression 3D dans le domaine spatial: Quels usages? Quelles possibilités?

L’impression 3D est une technologie relativement récente, mais qui progresse très vite. Le concept de cette technologie est d’ajouter de la masse au fur et à mesure de la création, jusqu’à ce que l’objet soit complètement réalisé suivant les plans d’un logiciel de conception assistée par ordinateur. L’impression 3D ouvre les portes de nouvelles applications dans tous les domaines, et permet de réaliser des pièces aux propriétés uniques. Qu’en est-il pour le domaine spatial?

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Crédits: NASA

Comment l’impression 3D est-elle utilisée aujourd’hui dans le domaine spatial?

L’impression 3D a de nombreuses capacités, qui intéressent au plus haut point l’industrie aérospatiale:

  • Une pièce extrêmement compliquée ne coûte pas plus chère à fabriquer qu’une pièce simple. Cela permet de créer des formes très particulières, de manière à économiser un maximum de poids. Sur certaines pièces, des gains de 80% ont pu être réalisés. Or le poids est un facteur déterminant de l’industrie aérospatiale, car il conditionne la capacité d’un lanceur à s’arracher à l’attraction terrestre (et le prix d’un lancement est souvent facturé au kilo), ou bien d’un avion à économiser son carburant. Ainsi, sur l’A350 d’Airbus, plus de 1000 pièces ont été fabriquées par impression 3D.
  • Nombreuses propriétés applicables à la pièce fabriquée: conducteur ou isolant électrique, transparent, translucides, opaque, rigide, souple, élastique, cassant, pâteux, dur, abrasif, coloré, magnétique ou non. Cette flexibilité permet d’appliquer la technologie d’impression 3D à un grand nombre de cas.
  • La machine reste la même, quelque soit la pièce fabriquée. Pas besoin donc de revoir les ateliers de fabrication, ou de modifier la machine outil pour la production d’une nouvelle pièce.
  • La machine peut être placée n’importe où.

La première utilisation de l’impression 3D est de permettre la visualisation des futures pièces dans la gestion des projets. L’aérospatial, comme beaucoup d’industries, regroupe pour certains projets des milliers d’ingénieurs. Il faut que ceux-ci soient en mesure de partager leurs idées, de faire des démonstrations, etc. L’impression 3D permet de rendre ces tâches beaucoup plus facile, et surtout d’avoir un rendu réel (ce que ne permettent pas les logiciels de Conception Assistée par Ordinateur, du moins pas encore). Mais pendant longtemps, l’impression 3D n’a pas eu d’autre finalité que cette capacité de visualisation, car la technologie ne permettait pas de concevoir des pièces suffisamment résistantes pour convenir à un véritable usage.

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Crédits: primante3D.com

Pourtant, peu à peu les industriels en vinrent à des utilisations pour la fabrication de prototypes. La réalisation d’un prototype est une étape longue et difficile, car il faut fabriquer les différentes pièces sans faire jouer les économies d’échelle, puis réaliser des ajustements, réaliser des tests, passer des certifications, refaire des ajustements, etc. Avec l’impression 3D, les pièces sont beaucoup plus faciles à réaliser car il n’est pas nécessaire de mettre en place un nouveau procédé de fabrication ou une nouvelle machine-outil. De plus, les pièces peuvent êtres réalisées et assemblées beaucoup plus rapidement, ce qui permet de gagner un temps précieux lors de la recherche et développement.

Désormais, avec la possibilité d’imprimer en 3D des pièces réalisées à partir de matériaux plus performants, les industriels ne se cantonnent plus à la R&D. Des pièces, voire des blocs entiers sont réalisés en impression 3D, et utilisés. En juillet 2014, Space-X avait envoyé une valve fabriquée en 3D dans l’espace. Elle avait résisté sans problème aux conditions difficiles du lancement. Depuis l’entreprise américaine a produit des chambres de combustion pour ses moteur-fusées SuperDraco, qui servent sur les capsules habitées Dragon 2. Du concept initial au premier test de mise à feu, il aura fallu seulement trois mois, un record. Ariane 6 devrait comprendre de nouvelles pièces réalisées en 3D, dans un soucis d’économie de poids. Rappelons aussi que l’impression 3D est un procédé beaucoup plus écologique que l’usinage classique: pas besoin d’huile, pas besoin d’eau à recycler, pas de copeaux ou de déchets, consommation d’énergie moins importante, etc. Cette technologie semble devoir être le système de production de demain.

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La chambre de combustion du SuperDraco. Crédits: Space X.

Il y a néanmoins encore quelques limites. Certains matériaux ne sont pas encore pris en compte et ne peuvent être produits (notamment les matériaux semi-conducteurs). Aussi, la taille des pièces produites restent encore relativement modeste. Le processus de fabrication doit aussi être amélioré, car sous certaines conditions des nanoparticules sont dégagées et peuvent rendre la pièce nocive. Mais des améliorations sont apportées tous les jours à l’impression 3D, et on peut être sûrs que son utilisation sera beaucoup plus performante demain.  

Quelles possibilités pour demain?

Outre les bénéfices évidents de l’utilisation de l’impression 3D pour l’industrie spatiale, des concepts sont actuellement en cours de développement, avec des promesses très intéressantes pour l’avenir.

Tout d’abord, on pense bien sûr aux expériences qui, depuis 2014, tendent à valider l’usage de l’impression 3D dans un environnement sans gravité. Il y a tout d’abord eu l’expérience “Made in space” en septembre 2014, où une imprimante 3D avait été envoyée à bord de l’ISS. Puis l’entreprise française Altran a envoyé début 2016 une autre imprimante 3D. La logique est simple: plutôt que d’envoyer dans l’espace des pièces détachées sur commande qui nécessitent une logistique lourde et des frais élevés, il est préférable d’envoyer les matériaux bruts qui prennent beaucoup moins de place, puis en fonction des besoins de transmettre les fichiers informatiques correspondant aux pièces voulues. Les délais sont considérablement réduits, et surtout la station spatiale internationale gagne énormément en autonomie, ce qui est l’un des objectifs principaux en vue de la préparation de voyages vers Mars.

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L’installation de la première imprimante 3D spatiale, en 2014. Crédits: Nasa

A ce sujet,  des projets beaucoup plus avancés sont en cours d’élaboration. L’ESA a proposé dès 2013 la construction d’une base lunaire en utilisant l’impression 3D. Un habitat pourrait ainsi être construit en une semaine, afin d’accueillir les astronautes qui s’y rendraient. Le même procédé pourrait être utilisé sur Mars. L’objectif est de fournir des habitats en dur, capable de résister aux micrométéorites et aux radiations solaires, en construisant des cloisons alvéolaires à partir des sols.  La Nasa avait aussi organisé un concours pour la fabrication de logement en impression 3D en 2015. Outre les logements, les outils pourraient être réalisés sur place, notamment pour l’exploitation minière.

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Le projet d’habitat spatial des européens. Crédits: ESA

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Le gagnant du concours de la Nasa, Space Exploration Architecture. Crédits: Space.com.

L’impression 3D est une technologie extrêmement intéressante pour l’industrie spatiale. Il est certain que le fait de réfléchir à comment construire des maisons martiennes semble dérisoire. Mais il faut bien comprendre que l’ensemble des ces recherches s’inscrivent dans un éventail très étendu d’innovations technologiques qui permettront un jour à l’homme de devenir une espèce interplanétaire.

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