Les vaisseaux spatiaux autoreparables pourraient changer les missions futures

• Un nouveau matériau composite en fibre de carbone capable d'auto-surveillance et d'auto-réparation a été développé par CompPair en collaboration avec Com&Sens et le CSEM dans le cadre de l'initiative « First ! » de l'Agence spatiale européenne.

• Le projet Cassandra a démontré que le matériau HealTech peut être chauffé sur place pour réparer les fissures qui pourraient se former pendant l'utilisation.

• Cette technologie pourrait être idéale pour les éléments de transport spatial réutilisables.

  
  

Des structures spatiales réparables pourraient bientôt voir le jour grâce à une technologie composite de pointe. Des entreprises suisses CompPair et CSEM avec l'entreprise belge Com&Sens se sont associés à l'Agence spatiale européenne (ESA) afin de modifier leur produit en fibre de carbone auto-réparateur pour qu'il puisse être utilisé dans le transport spatial.

Le projet Cassandra (abréviation libre de Composite Autonomous SenSing AnD RepAir) intègre des capteurs et un élément chauffant dans un matériau composite en fibre de carbone, permettant aux engins spatiaux de réparer de manière autonome les dommages initiaux.

Cassandra fait partie de l'initiative FIRST! (Future Innovation Research in Space Transportation) de l'ESA, qui vise à trouver et à tester des technologies innovantes qui bénéficieront au transport spatial européen.

Les matériaux composites dans l'espace

Les matériaux composites tels que les polymères renforcés de fibres de carbone sont de plus en plus utilisés dans la construction des structures spatiales. Ils sont composés d'une matrice polymère renforcée par des couches de fibres de carbone ou de verre. Cela permet d'obtenir un matériau solide et léger, résistant à la corrosion. Cependant, les matériaux composites sont également sensibles aux dommages, en particulier s'ils doivent effectuer des allers-retours répétés dans l'espace, et les petites fissures peuvent s'aggraver avec le temps. Les réparations peuvent être coûteuses et longues, et peuvent affaiblir l'intégrité structurelle.

C'est pourquoi CompPair a développé « HealTech », un matériau composite capable de « s'auto-réparer ». En chauffant le matériau, un agent réparateur à l'intérieur s'active et reflue pour réparer les dommages causés par les chocs ou les contraintes.

Détection des dommages à l'aide d'un réseau de capteurs à fibre optique

Un prototype de la structure composite a été créé en intégrant un réseau de capteurs à fibre optique dans les fibres imprégnées de résine de HealTech. Les capteurs détectent tout dommage causé à la structure. Une fois repéré, le matériau est chauffé à une température comprise entre 100 et 140 °C à l'aide de grilles en aluminium imprimées en 3D intégrées.

Divers échantillons du matériau, allant de 2 x 10 cm à 40 x 40 cm, ont été soumis à des tests. Ces derniers ont porté sur l'efficacité du matériau en matière de surveillance des dommages, de chauffage homogène et d'auto-réparation. De plus, des tests de choc thermique ont été réalisés afin d'observer la réaction du matériau aux conditions typiques d'un réservoir cryogénique.

La prochaine étape des essais consistera à adapter le matériau à une forme plus grande, telle qu'un réservoir de carburant cryogénique complet.

Avantages pour l'Europe

Ce matériau pourrait réduire les déchets générés par les missions spatiales et serait idéal pour les lanceurs réutilisables. « La mise en œuvre de cette technologie dans nos systèmes pourrait avoir des avantages considérables pour le transport spatial », explique Bernard Decotignie, de l'ESA. « Elle contribuera à développer des infrastructures spatiales réutilisables et à réduire les coûts des missions. Cela prouve vraiment ce que l'innovation européenne peut apporter au secteur spatial. »

Robin Trigueira, directeur technique de CompPair, a déclaré : « Je suis enthousiasmé par les avantages en termes d'autonomie et de durabilité que nous pouvons apporter aux futurs engins spatiaux et lanceurs, comblant ainsi le fossé entre la science-fiction et la réalité ! Ce projet constitue une étape majeure pour CompPair dans le secteur spatial. HealTech ouvre la voie à des avancées technologiques sans précédent dans le domaine de la surveillance et de la gestion de l'état des matériaux composites, mettant clairement en évidence les possibilités offertes par les composites réparables pour optimiser les coûts des structures spatiales réutilisables. »

Cecilia Scazzoli, responsable de la recherche et du développement chez CompPair, explique : « Je suis ravie que nous ayons démontré que les composites HealTech équipés de systèmes de surveillance de l'état et de chauffage sont capables de détecter et de réparer automatiquement les dommages et présentent une grande résistance aux microfissures. Ils sont donc parfaitement adaptés aux exigences strictes des réservoirs de propergol et des structures spatiales réutilisables, et ouvrent la voie à des composants spatiaux plus légers et plus faciles à entretenir. »