Des échantillons à mémoire de forme...

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Monday 04 November 2024 10:00

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Le 5 novembre prochain, le lanceur Falcon 9 de SpaceX (Dragon CRS-2 SpX-31) enverra dans l’espace des échantillons de matériaux développés à la Haute École d’Ingénierie (HEI). Les groupes de recherche Mechanical Design Research Group et Powder Technology and Advanced Materials ont mis au point des matériaux spécialement adaptés au milieu spatial. La HES-SO Valais-Wallis s’engage ainsi dans une nouvelle ère pour la mécanique intelligente.

Pour soutenir l’industrie spatiale européenne, le Centre National d’Études Spatiales (CNES) et l’Agence Spatiale Européenne (ESA) ont lancé en 2020 un programme pour tester des matériaux en conditions réelles dans l'espace. L’objectif : simplifier le transfert d’échantillons vers la Station Spatiale Internationale (ISS), réduisant ainsi les coûts des processus de qualification des matériaux. Une fois en orbite, les échantillons seront exposés aux conditions extrêmes de l'espace, telles que le vide, les radiations et les variations de température.

Une nouvelle génération de matériaux intelligents

Les deux groupes de recherche (Mechanical Design Research Group et Powder Technology and Advanced Materials) de la HEI ont uni leurs forces pour relever ce défi. Leur ambition est non seulement de contribuer aux avancées de l’ESA mais aussi de développer une mécanique plus intelligente, grâce à des matériaux dits « à mémoire de forme ». Ces matériaux sont capables de changer de forme en réponse à la température et de retrouver leur état initial, ce qui les rend particulièrement intéressants pour des missions spatiales où la fiabilité est essentielle.

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L’émergence d’une nouvelle ère pour la mécanique

L’impression 3D par fusion laser sélective de poudres métalliques permet de créer des systèmes innovants dans les secteurs biomédical, aérospatial et automobile. À l’Institut Systèmes Industriels de la HEI, cette technologie a permis de produire des composants capables de subir des grandes déformations sous contrainte puis de retrouver leur forme initiale grâce à un léger échauffement induit par un courant électrique, par exemple. Ces propriétés sont précieuses pour des mécanismes spatiaux, comme le contrôle de la trajectoire de satellites ou l’ouverture de dispositifs.

« Contrairement aux actionneurs traditionnels, qui nécessitent des systèmes mécaniques, électroniques et parfois même des déclencheurs pyrotechniques, nos alliages à mémoire de forme ont une réponse intrinsèque à la matière, ce qui les rend extrêmement fiables pour les missions spatiales », explique Gabriel Paciotti, professeur à la HEI et chef de projet. « De plus, l'impression 3D nous permet de créer des pièces sur mesure, ce qui ouvre de nouvelles perspectives pour les ingénieurs. »

Des échantillons fiables et résistants pour l’espace

Les échantillons de Nickel-Titane (NiTi) développés par la HEI présentent des propriétés de « superélasticité » (capacité à résister à de grandes déformations sans se détériorer) et de « mémoire de forme » (capacité à retrouver leur forme initiale après une variation de température). L’objectif de la mission est de s'assurer que ces caractéristiques restent stables dans l’environnement spatial, garantissant ainsi leur fiabilité et leur résistance.

Des tests approfondis ont été menés à Sion, dans les laboratoires de la HES-SO Valais-Wallis sous la conduite des professeurs Samuel Rey-Mermet et Efraín Carreño-Morelli, notamment sur la microstructure des matériaux lors de variations de température ainsi que sous la conduite du professeur Gabriel Paciotti comme l’oxydation en lien avec la conductivité électrique, et des tests de corrosion sous contrainte. Ces essais, en complément des tests réalisés par la ESA, visent à s'assurer que les matériaux sont qualifiés pour le vol, avant d’être soumis aux conditions rigoureuses de l'espace.

« Ce projet représente bien plus qu'une simple avancée technologique : il s’agit d’un véritable changement de paradigme pour la mécanique. Nous préparons également les ingénieurs de demain à explorer de nouvelles possibilités offertes par ces innovations » conclut le professeur Paciotti.

Préparer l’avenir de la recherche spatiale

Un fois envoyés dans l’espace, les échantillons seront fixés sur le module « Bartolomeo » de l’ISS et tourneront avec lui pendant 12 mois autour de la terre. Ils seront ensuite ramenés sur Terre et remis aux chercheurs de Sion afin qu’ils effectuent une série de tests « post-mission » pour en vérifier leur intégrité.