Photo : la roche graphene by Mulin
Nous avons découvert les possibilités du graphène en 2014 sur le MWC avec les annonces de Samsung. Bien que le matériau a été découvert il y a une dizaine d’années, il a commencé à attirer l’attention en 2010 quand deux physiciens de l’Université de Manchester ont eu le prix Nobel pour leurs expériences avec le graphène.
L’université de Chalmers est responsable de la coordination du Graphene Flagship, une initiative de recherche financée par l’UE d’un milliard d’euros qui étudie la nature et les applications du graphène. Le graphène est le matériau connu le plus mince au monde et est également extrêmement solide, flexible et conducteur, ce qui signifie qu’il a un large éventail d’utilisations actuelles et un potentiel futur pour des projets d’ingénierie dans de nombreux secteurs. Lorsque le Graphene Flagship a été fondé, cependant, il n’était pas nécessairement prévu qu’au cours de sa première décennie d’existence, ses chercheurs travailleraient non seulement pour développer des applications du graphène sur Terre, mais aussi dans l’espace.
Au cours des dernières années, les chercheurs de Graphene Flagship ont testé comment le graphène peut être utilisé pour étendre les capacités de voyage dans l’espace, ce qui pourrait avoir pour effet de permettre aux humains d’explorer l’espace plus loin et de manière plus sûre, ainsi que même d’établir des habitations sur les lunes ou d’autres planètes.
Les utilisations actuelles et potentielles du graphène dans la technologie spatiale sont nombreuses. Par exemple, les hydrogels améliorés au graphène pourraient créer des matériaux meilleurs et plus résistants mécaniquement pour les engins spatiaux. Le graphène et les matériaux liés au graphène ont tendance à être à la fois plus légers et plus résistants que les autres matériaux, ce qui signifie que les engins spatiaux construits à l’aide de graphène pourraient être à la fois plus résistants aux conditions difficiles de l’espace que les matériaux actuellement utilisés, ainsi que plus légers, ce qui signifierait avoir besoin de moins de carburant pour propulser le vaisseau spatial en orbite.
Le Graphene Flagship a mené diverses expériences pour tester le graphène dans l’espace ainsi que dans des conditions d’apesanteur, ce qui a même abouti à certaines expériences au Centre spatial d’Esrange à Kiruna, en Suède, en partenariat avec la Swedish Space Corporation. Ces expériences comprennent le lancement de fusées de recherche contenant des expériences qui testent le comportement du graphène et des encres à base de graphène dans des conditions d’apesanteur. Les résultats de ces expériences éclaireront le développement de nouvelles procédures de fabrication additive dans l’espace, telles que l’impression 3D. De telles procédures sont essentielles pour l’exploration spatiale, au cours de laquelle des composants de remplacement sont souvent nécessaires : si l’impression 3D était rendue possible dans l’espace, cette innovation pourrait permettre aux astronautes de créer les outils et les matériaux dont ils ont besoin, même lorsqu’ils sont loin de la Terre.
Un autre exemple de recherche phare sur le graphène spécifique à l’espace est celui du travail effectué par les partenaires du projet Consiglio Nazionale delle Ricerche (Italie), le Centre de recherche et d’ingénierie en technologies spatiales de l’Université libre de Bruxelles et le Cambridge Graphene Center (Royaume-Uni), en collaboration avec la sociét Leonardo. Ensemble, ces partenaires travaillent à la création d’un nouveau système de refroidissement à faible consommation d’énergie et nécessitant peu d’entretien utilisant des caloducs en boucle améliorés au graphène, ce qui pourrait fournir une solution aux limites de la technologie de gestion thermique actuellement à bord des engins spatiaux.
Entre-temps, une équipe d’étudiants de l’Université technique de Delft (TU Delft) aux Pays-Bas a travaillé pour tester le graphène en microgravité semblable à l’espace, en vue d’une utilisation future potentielle comme voile légère dans la propulsion des engins spatiaux. Les voiles légères peuvent être utilisées dans l’espace pour propulser des engins spatiaux à l’aide de la lumière du soleil ou de lasers terrestres. Lorsque la lumière est réfléchie ou absorbée par une surface, elle exerce une force qui éloigne la surface de la source lumineuse. Étant très léger et solide, le graphène est un excellent candidat pour les voiles solaires.
D’autres projets phares liés au graphène liés à l’espace incluent la recherche d’utilisation de technologies à base de graphène pour surmonter le manque actuel de technologie de protection contre les rayonnements. Les astronautes qui passent de plus longues périodes dans l’espace, même quelques mois seulement sont soumis à des radiations cosmiques dangereuses et, à l’heure actuelle, il n’existe aucune technologie capable de les protéger de ce danger. Le graphène, cependant, a le potentiel de résoudre ce problème en développant des engins spatiaux mieux protégés, ou même en créant de meilleurs moteurs, ce qui pourrait permettre aux engins spatiaux de se déplacer plus rapidement et ainsi réduire le temps que les astronautes passent dans l’espace et sont exposés aux radiations.
Les chercheurs de Graphene Flagship étudient également comment le graphène peut être utilisé spécifiquement sur la lune pour lutter contre le défi permanent posé par le régolithe, également connu sous le nom de “poussière lunaire”. Le régolithe est très abrasif et, depuis les missions Apollo, a été l’un des plus grands défis que les missions lunaires ont dû surmonter. Il est responsable de dommages mécaniques et électrostatiques à l’équipement et est également dangereux pour les astronautes, obstruant les articulations des combinaisons spatiales, obscurcissant les visières et érodant les couches de protection. Le graphène et les composites à base de graphène, avec leurs remarquables qualités de légèreté et d’extrême résistance, pourraient être utilisés pour recouvrir les équipements et les couches de protection, protégeant ainsi mieux les astronautes et leurs engins spatiaux.
Les agences spatiales, dont l’Agence spatiale européenne, la NASA, l’Agence spatiale chinoise et l’Agence spatiale russe, visent actuellement à créer une base sur la Lune, puis à l’utiliser comme base à partir de laquelle se rendre sur Mars – une planète qui pourrait, avec l’aide de la terraformation (bien que controversée), un jour soutenir la vie humaine. Et les recherches liées à l’espace que les scientifiques mènent sur des nanomatériaux comme le graphène, un matériau au potentiel immense et inexploité, font toutes partie de ce projet plus large visant à aider les humains à explorer l’espace et à mieux comprendre notre future place avec lui.
Retour sur Terre – qu’est-ce qui fait de la Suède une si bonne base pour lancer des fusées et mener des recherches spatiales ? La Suède est une nation spatiale très forte avec une expérience du lancement de fusées depuis 1961 et a aidé avec des services d’ingénierie dans pratiquement toutes les grandes missions spatiales de l’histoire. Depuis notre base de fusées Esrange, au-dessus du cercle arctique, nous avons lancé près de 700 fusées-sondes et de nombreuses expériences à bord ont été développées par nous avec des scientifiques. La zone éloignée de la civilisation est cruciale pour effectuer des lancements de fusées en raison du danger encouru et de la pollution sonore lors du lancement proprement dit. Esrange est vraiment un endroit parfait pour mener des recherches spatiales et des lancements de fusées.