Les scientifiques des matériaux fabriquent du béton martien

L'objectif d'envoyer des humains sur Mars suscite un intérêt croissant. Diverses agences spatiales ont commencé à étudier les nombreux problèmes qu'une telle mission poserait, dont le moindre n'est pas la protection des humains pendant le voyage.

Mais une fois que les humains arriveront sur la planète rouge, ils auront besoin de bâtiments de haute qualité pour vivre et travailler. Ils peuvent emporter certaines structures avec eux mais cela ne peut être qu'une solution temporaire. Les premiers colonisateurs devront rapidement trouver un moyen de construire des structures en utilisant les propres ressources de la planète. Mais comment?

Aujourd'hui, nous obtenons une réponse grâce au travail de Lin Wan et de ses amis de la Northwestern University. Ces gars-là ont trouvé comment fabriquer du béton martien en utilisant des matériaux largement disponibles sur Mars. Et, surtout, ce béton peut être formé sans utiliser d'eau, qui sera une ressource précieuse sur la planète rouge.

Le matériau clé d'un boom de la construction martienne sera le soufre, selon l'équipe de Northwestern. L'idée de base est de chauffer le soufre à environ 240 °C pour qu'il devienne liquide, de le mélanger avec du sol martien, qui agit comme un agrégat, puis de le laisser refroidir. Le soufre se solidifie, liant l'agrégat et créant du béton. Voilà, béton martien.

Bien sûr, l'idée d'utiliser du soufre pour lier les granulats est loin d'être nouvelle. Les ingénieurs expérimentent ce type de matériau depuis au moins un siècle et ont d'abord découvert que le béton à base de soufre avait sa juste part de problèmes.

Pour commencer, lorsque le soufre se refroidit, il se solidifie pour former du soufre monoclinique puis se transforme en soufre orthorhombique, l'allotrope stable à basse température. Mais il se contracte également au cours de ce processus et ce retrait crée des cavités et crée des contraintes qui fragilisent gravement le matériau.

De plus, dans les années 1970, les scientifiques des matériaux ont étudié la possibilité d'utiliser du béton au soufre pour construire des bases lunaires sur la lune. Ils ont rapidement découvert que dans le vide, le soufre se sublime - il se transforme directement d'un solide en gaz. Ainsi, tout béton de soufre sur la lune disparaîtrait rapidement dans l'éther.

Une question importante est donc de savoir si le béton de soufre peut être rendu suffisamment solide et suffisamment durable pour être utile sur Mars.

Pour le savoir, Wan et co en ont fait. Ils ont utilisé un sol martien simulé composé principalement de dioxyde de silicium et d'oxyde d'aluminium avec d'autres composants tels que l'oxyde de fer, le dioxyde de titane, etc. Ils ont également testé différentes tailles de particules dans cet agrégat.

Les tests étaient simples. Après avoir mélangé l'agrégat avec différents pourcentages de soufre fondu et laissé refroidir les échantillons en blocs, ils ont mesuré les propriétés physiques des matériaux résultants, telles que leur résistance à la compression et leurs mécanismes de rupture. Ils ont également analysé chimiquement le mélange et simulé son comportement.

Les résultats rendent la lecture intéressante. Il s'avère que l'utilisation d'un agrégat de particules plus petites réduit la formation de vides, ce qui augmente considérablement la résistance du matériau. Le meilleur mélange pour produire du béton martien est composé de 50 % de soufre et de 50 % de sol martien avec une taille d'agrégat maximale de 1 mm, disent-ils.

Et c'est un matériau solide, atteignant une résistance à la compression supérieure à 50 MPa, en particulier s'il est comprimé pendant le durcissement pour réduire la formation de vides. Cette force est aussi en partie le résultat des liaisons chimiques que le soufre établit avec le sol martien. En comparaison, les normes de construction résidentielle sur Terre exigent un béton avec une résistance à la compression d'environ 20 MPa.

Wan et co disent également que les conditions atmosphériques sur Mars conviennent à ce genre de choses. La pression atmosphérique et la plage de température sur Mars sont adéquates pour accueillir des structures en béton de soufre, disent-ils.

Et il y a d'autres avantages. Le béton martien peut être recyclé en le chauffant, afin que le soufre fonde. Il peut donc être réutilisé à plusieurs reprises. Il est également à prise rapide, relativement facile à manipuler et extrêmement bon marché par rapport aux matériaux apportés de la Terre.

C'est un travail intéressant. Cela signifie que les premières structures permanentes sur Mars devraient être simples à réaliser. Tout ce dont nous avons besoin maintenant, c'est d'une nouvelle génération d'architectes martiens pour concevoir des bâtiments en béton martien qui seront des structures adaptées à la vie et au travail des humains.

Le temps sera de leur côté. Les premières missions humaines vers Mars sont encore dans quelques années. Mais il est tout simplement possible que les premiers humains à vivre dans ces structures soient déjà nés et grandissent actuellement dans des bâtiments assez différents sur Terre.

Réf :arxiv.org/abs/1512.05461: Un nouveau matériau pour la construction in situ sur Mars : expériences et simulations numériques

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