Propriétés thermiques et thermo-optiques d’un analogue de régolithe lunaire pour la fabrication additive directe

Julien Granier1,⋆^{1,\star}, Yannick Le Maoult2^{2}, Thierry Cutard2^{2}, Patrick Pinet3^{3}, Serge Chevrel3^{3}, Thierry Sentenac2^{2}
⋆^{\star} : julien.granier@mines-albi.fr
1^{1} Institut Clément Ader - UMR 5312, Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie - UMR 5277
2^{2} Institut Clément Ader - UMR 5312
3^{3} Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie - UMR 5277
Mots clés : Régolithe, Fabrication additive, Emissivité haute température, conductivité thermique, milieu granulaire
Résumé :

La fabrication additive de pièces par fusion laser sur lit de poudre (SLM / Selected Laser Melting) est une piste prometteuse qui pourrait également permettre aux futurs astronautes de travailler en autonomie à la surface d’astres comme la Lune ou Mars [1] à partir de composants issus du sol ou « régolithe ». Dans un effort conjoint de l’IRAP et de l’ICA, ce projet vise à démontrer la viabilité de ce procédé sur un « analogue » naturel de régolithe lunaire, le Basalte du Pic d’Ysson (BPY) [2,3] utilisé sous forme de poudre. En particulier, il est important d’établir les relations entre les microstructures obtenues, la formulation du matériau de départ et les paramètres machine (puissance du laser, vitesse de lasage de la poudre...), via la compréhension des interactions rayonnement/matière mises en jeu jusqu’aux hautes températures. Cette communication s’efforcera donc de mettre en exergue le travail de caractérisation mené sur ce matériau granulaire complexe et particulièrement réfractaire, concernant des aspects de changement de phases multiples, de propriétés thermiques (propagation de la chaleur du laser dans le milieu) et thermo-optiques (absorption de l’énergie du laser par le milieu). Plus spécifiquement, l’étude de la conductivité thermique et de l’émissivité, sur des plages de températures supérieures à celles évoquées dans la littérature [4], grâce notamment à la mise au point d’un Banc de Mesure de l’Emissivité Infra Rouge (BMEIR) développé par l’IMT/ICA-Albi et situé sur la plateforme MIMAUSA, sera abordée.

[1] Fateri, M. & Gebhardt, A. Process Parameters Development of Selective Laser Melting of Lunar Regolith for On-Site Manufacturing Applications. International Journal of Applied Ceramic Technology 12, 46–52 (2015).

[2] Gibilaro M. et al., “ISRU taskforce in Toulouse”, NESF-ELS (2021).

[3] Granier J. et al., Characterization and Physical Properties of a Lunar Regolith Analog for Powder Bed Fusion-based Additive Manufacturing Processes, oral presentation, ELS 10th (2022).

[4] Sakatani N. et al, Thermal conductivity of lunar regolith simulant JSC-1A under vacuum. Icarus 309, 13–24 (2018).

Work In Progress