Comment les lasers et l'impression 3D vont construire notre avenir dans l'espace

L'exploration spatiale a considérablement progressé ces dernières décennies, et nos ambitions aussi. Il ne s'agit plus seulement de visiter des planètes lointaines, mais plutôt d'y rester. Pour cela, nous étudions activement la construction de structures qui permettront la colonisation spatiale et les voyages interstellaires.

Cependant, construire hors de la Terre n'est pas la même chose que construire sur Terre. Construire dans l'espace présente de sérieux défis. 

Par exemple, de fortes variations de température peuvent compromettre l'intégrité des matériaux de construction que nous utilisons ici sur Terre. Viennent ensuite la microgravité, le vide spatial, les radiations, la rareté des ressources comme l'eau et les granulats conventionnels, ainsi que la logistique du lancement et de l'assemblage des composants en orbite ou sur des surfaces extraterrestres.

Tous ces défis nécessitent de repenser à la fois les matériaux et les méthodes de construction dans l’espace.

Des avancées telles que le béton spatial, le frittage par micro-ondes, le frittage par laser, les matériaux thermodurcissables et la fusion/formation de régolithe sont quelques-unes des façons dont les conditions environnementales difficiles et la pénurie de ressources sont abordées.

La technologie d'impression 3D est une autre innovation majeure, qui présente un fort potentiel pour la construction d'habitats et de structures spatiales complexes. Elle offre les avantages suivants : précision, efficacité accrue, rapidité de prise, stabilité et réduction des déchets. 

Cette technologie peut être utilisée avec des matériaux locaux comme le sol lunaire et martien pour construire des infrastructures durables, réduisant ainsi le besoin de transporter tous les matériaux depuis la Terre.

Une autre innovation importante est celle des robots automatisés, qui construisent des structures en béton dans des environnements difficiles et éliminent le recours à l'intervention humaine. Ils disposent de capacités de surveillance en temps réel pour garantir la qualité de la construction et la sécurité des habitations à long terme.

Donc, le domaine de exploration spatiale et colonisation progresse rapidement et, au milieu de tout cela, les chercheurs ont maintenant trouvé un moyen de construire des structures vraiment grandes pour des opérations spatiales durables. 

Voyage NOM4D : fabrication spatiale par laser

Une équipe d'ingénieurs de l'Université de Floride (UF) est travailler sur la fabrication de structures métalliques de précision¹ en orbite à l'aide de la technologie laser.  

L’idée est de construire spécifiquement des structures massives, comme un panneau solaire de 100 mètres en orbite, en utilisant une technologie laser avancée.  

Outre les panneaux solaires, l’équipe souhaite voir des structures à grande échelle comme des télescopes spatiaux, des antennes satellites ou même des parties de stations spatiales construites directement en orbite, ce qui marquerait une étape majeure vers des missions plus longues et des opérations spatiales durables.

Selon Victoria Miller, Ph.D., professeure agrégée au département des sciences et de l'ingénierie des matériaux du Herbert Wertheim College of Engineering de l'UF :

« Nous voulons construire de grandes choses dans l'espace. Pour cela, il faut commencer à fabriquer des objets dans l'espace. C'est une nouvelle frontière passionnante. » 

Pour mener à bien ses recherches, l'université a obtenu un contrat de 1.1 million de dollars de la DARPA. Alors que d'autres universités explorent également la fabrication spatiale, l'UF est la seule à se concentrer sur le formage laser pour les applications spatiales.

Pour cela, Miller et ses étudiants travaillent en collaboration avec la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) et le Marshall Space Flight Center de la NASA, qui contribue à faire progresser le programme spatial américain grâce à ses lanceurs, ses systèmes spatiaux, ses systèmes et son matériel de propulsion, ses technologies d'ingénierie de pointe et ses projets scientifiques et de recherche de pointe.

Ils travaillent donc ensemble sur un projet appelé NOM4D, qui signifie Novel Orbital and Moon Manufacturing, Materials, and Mass-efficient Design, et qui vise à transformer le développement des infrastructures spatiales. 

Pour NOM4D, l'un des plus grands défis est de dépasser les limites de taille et de poids du chargement des fusées. Pour y remédier, l'équipe de l'UF développe une technologie de formage laser permettant de plier les métaux en traçant des motifs précis.

Réalisée avec précision, cette opération ne nécessite aucune intervention humaine : la chaleur du laser tord le métal lui-même, ce qui constitue une étape cruciale vers la fabrication orbitale. Selon Nathan Fripp, membre de l'équipe et doctorant en troisième année de science et génie des matériaux :

Grâce à cette technologie, nous pouvons construire des structures dans l'espace bien plus efficacement qu'en les lançant entièrement assemblées depuis la Terre. Cela ouvre un large éventail de nouvelles possibilités pour l'exploration spatiale, les systèmes satellitaires et même les habitats du futur.

Changer la forme du métal correctement et selon les besoins est un processus complexe, donc le pliage laser complexe est certainement une grande réussite, mais ce n'est qu'une partie de l'équation.

Le défi, souligne Miller, consiste à garantir que les propriétés du matériau restent bonnes, voire s'améliorent, au cours du processus. Les zones pliées doivent conserver de bonnes propriétés, être résistantes et suffisamment flexibles.

Afin d’évaluer les matériaux, l’équipe a effectué des tests contrôlés sur l’acier inoxydable, l’aluminium et la céramique pour analyser comment des variables telles que la chaleur, la gravité et l’entrée laser affectent la façon dont les matériaux se plient et se comportent.

Nous effectuons de nombreux tests contrôlés et collectons des données détaillées sur la réaction de différents métaux à l'énergie laser : leur degré de flexion, leur échauffement, l'effet de la chaleur, etc. Nous avons également développé des modèles permettant de prédire la température et le degré de flexion en fonction des propriétés du matériau et de l'énergie laser injectée. Nous apprenons continuellement grâce à la modélisation et aux expériences pour approfondir notre compréhension du processus.

- Wei

Selon l'UF communiqué de presseL'une des évaluations consistait à tester le formage laser dans des conditions spatiales, ce qui nécessitait une chambre à vide thermique. Ce dispositif a été fourni par la NASA, rendant la collaboration avec le Centre spatial Marshall de la NASA essentielle pour accroître significativement le niveau de maturité technologique (TRL).

Ces tests, dirigés par Fripp, visaient à observer la réaction des matériaux aux conditions difficiles de l'espace. L'équipe a constaté que plusieurs facteurs, dont les propriétés des matériaux, les paramètres laser et les conditions atmosphériques, déterminent les résultats finaux.

Dans l'espace, des conditions telles que les températures extrêmes, la microgravité et le vide modifient encore davantage le comportement des matériaux. Par conséquent, adapter nos techniques de formage pour qu'elles fonctionnent de manière fiable et constante dans l'espace ajoute un niveau de complexité supplémentaire.

– Fripp

Les recherches menées à l'UF ont débuté en 2021 et ont depuis beaucoup progressé. Mais pour que la technologie soit prête à être utilisée dans l'espace, elle doit être perfectionnée. Le projet entre actuellement dans sa dernière année et devrait s'achever à l'été 2026.

Bien que des questions subsistent sur différents aspects du projet, notamment sur le maintien de l'intégrité des matériaux pendant le processus de formage au laser, l'équipe est optimiste car à chaque simulation et test laser, elle se rapproche un peu plus de la nouvelle ère de la construction.

« C'est formidable de faire partie d'une équipe qui repousse les limites du possible en matière de fabrication, non seulement sur Terre, mais au-delà. »

– Wei

Blocs de construction écologiques pour habitats extraterrestres

Dans leur quête de construction hors de la Terre, les scientifiques tentent différentes voies, notamment en tirant parti des ressources disponibles sur d'autres planètes. 

Récemment, des scientifiques de l'Université Texas A&M, en collaboration avec l'Université du Nebraska-Lincoln, ont développé des matériaux vivants qui transforment la poussière martienne en structures, permettant ainsi la construction autonome sur la planète rouge. De telles innovations sont essentielles pour atteindre l'objectif de colonisation de Mars.

L'équipe explore depuis plusieurs années des moyens de créer des matériaux vivants artificiels grâce à la biofabrication et a finalement créé un système de lichen synthétique capable de produire des matériaux de construction de manière indépendante, sans intervention humaine.

Soutenues par le programme Innovative Advanced Concepts de la NASA, les dernières recherches ont exploré comment ce système pourrait être utilisé pour construire des structures sur Mars à partir de régolithe. Selon le Dr Congrui Grace Jin de l'université Texas A&M :

Nous pouvons créer une communauté synthétique en imitant les lichens naturels. Nous avons développé une méthode pour fabriquer des lichens synthétiques afin de créer des biomatériaux qui collent des particules de régolithe martien à des structures. L'impression 3D permet ensuite de fabriquer une grande variété de structures, comme des bâtiments, des maisons et des meubles.

D'autres stratégies pour lier le régolithe martien ont déjà été explorées par d'autres chercheurs. Parmi ces méthodes, on trouve celles à base de soufre, de magnésium et de composés géopolymères ; cependant, elles dépendent toutes fortement de la main-d'œuvre humaine, ce qui les rend peu pratiques.

Les systèmes microbiens auto-cultivables constituent une autre voie. Parmi les innovations dans ce domaine, on peut citer l'utilisation du mycélium fongique comme liant naturel, la production de carbonate de calcium par des bactéries uréolytiques pour la fabrication de briques, et la biominéralisation bactérienne pour la transformation du sable en maçonnerie solide.

Bien que prometteuses, ces pratiques ne sont pas complètement autonomes, car les microbes utilisés sont limités à une seule espèce et ont besoin d'un apport constant de nutriments pour survivre, ce qui rend nécessaire une intervention extérieure.

L’équipe s’est donc tournée vers plusieurs espèces pour sa technologie d’auto-culture entièrement autonome.

Des champignons filamenteux hétérotrophes ont été utilisés ici, car ils favorisent la production de grandes quantités de biominéraux et peuvent survivre aux conditions extrêmes de l'espace. Ils ont été associés à des cyanobactéries diazotrophes photoautotrophes pour créer le système de lichen synthétique. L'équipe travaille actuellement à la prochaine étape de son projet : la création d'encre de régolithe pour l'impression 3D de biostructures.

« Le potentiel de cette technologie auto-évolutive pour permettre l’exploration et la colonisation extraterrestres à long terme est considérable. »

–Jin

Il y a quelques mois, des scientifiques de Georgia Tech ont également annoncé avoir développé une nouvelle classe de blocs de construction modulaires, reconfigurables et durables, bien adaptés aux habitats terrestres et extraterrestres.

Les unités, appelées Eco-voxels (voxels écologiques), peuvent réduire l'empreinte carbone jusqu'à 40 % tout en maintenant les performances structurelles nécessaires aux ailes et aux murs porteurs des avions.

Ces équivalents 3D de pixels sont fabriqués à partir de polytriméthylène téréphtalate (PTT), un polymère partiellement biosourcé dérivé du sucre de maïs et renforcé de fibres de carbone recyclées provenant des déchets perdus lors de la fabrication de composants aérospatiaux.

Ces éco-voxels sont légers, peuvent être assemblés rapidement et s'appuient sur des matériaux d'origine locale, ce qui en fait des candidats idéaux pour les futurs abris lunaires ou martiens.

Habitats lunaires et martiens : une avancée mondiale

L'enthousiasme pour l'exploration spatiale a clairement conduit à des avancées technologiques. La NASA s'est activement impliquée dans la création d'habitats sur la Lune et sur Mars, comprenant les défis et développant les systèmes nécessaires.

Son programme Artemis figure parmi les développements majeurs dont l'objectif est d'établir une base permanente sur la Lune. La NASA collabore également avec l'entreprise texane de technologies de construction ICON pour mettre au point un système de construction spatial et a investi dans son projet Olympus.

Le projet se concentre sur la construction robotique et vise à déployer des robots imprimés en 3D capables de créer des structures habitables, des unités de stockage et des plateformes d'atterrissage à partir de matériaux lunaires. Une expérience d'un an a même été menée sur son prototype d'habitat martien imprimé en 3D.

L'entreprise a également construit une véritable structure imprimée en 3D de 1,700 mètres carrés pour la NASA grâce à son système de construction Vulcan. Conçue par le cabinet d'architecture BIG, elle simulera l'habitat martien pour faciliter les missions spatiales de longue durée. 

La NASA étudie également l’utilisation de briques de mycélium fabriquées à partir de champignons pour construire des maisons sur Mars et sur la Lune.

Dirigé par Lynn Rothschild, scientifique senior au Centre de recherche Ames de la NASA, le projet baptisé « Mycotecture Off Planet » a reçu un financement de 2 millions de dollars du programme NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), qui s'engage à « faire progresser les technologies pour transporter nos astronautes, héberger nos explorateurs et faciliter des recherches précieuses ».

Le concept implique que les astronautes emportent avec eux des structures légères imprégnées de champignons dormants et utilisent un peu d'eau pour stimuler leur croissance. Les mycéliums sont des structures filiformes qui constituent la majeure partie des champignons. Ils peuvent prendre des formes complexes et robustes et être confinés en toute sécurité pour éviter toute contamination. De plus, les mycéliums peuvent être utilisés pour la filtration de l'eau et l'extraction des minéraux des eaux usées.

L'équipe a déjà démontré la faisabilité de son concept, en créant des biocomposites à base de champignons et en testant des prototypes, en se concentrant désormais sur l'amélioration des propriétés matérielles de leurs habitats fongiques, puis en les testant en orbite terrestre basse.

Au sein de l’Union européenne (UE), l’Agence spatiale européenne (ESA) a réalisé des progrès significatifs. Par exemple, en 2020, elle a mis en place un prototype d'usine pour produire de l'oxygène à partir de poussière lunaire simulée. Quelques années plus tard, elle a commencé à travailler sur Prospect, une foreuse robotisée et un laboratoire miniature qui évaluent les ressources potentielles de la Lune en vue de leur extraction future. 

Pour faire avancer ses projets spatiaux, l'ESA travaille avec d'autres agences comme la NASA américaine, ainsi qu'avec plusieurs organisations privées.

L'entreprise danoise de conception et de construction SAGA a créé un habitat d'entraînement compact pour l'ESA. Cet habitat comprend un espace de travail, un espace commun et des capsules de couchage. L'Institut Aurelia, quant à lui, développe des panneaux modulaires qui, une fois déployés dans l'espace, peuvent former des structures plus grandes, offrant ainsi un environnement plus confortable aux astronautes.

Outre ses prototypes d'extraction de ressources et d'habitat, l'ESA fait également progresser les technologies de chronométrage essentielles. Elle a construit un Horloge atomique Ensemble in Space (ACES), lancé en orbite depuis la Floride en avril dernier, est composé de deux horloges atomiques connectées, l'une contenant des atomes d'hydrogène et l'autre du césium, pour produire un seul ensemble de tics avec une précision accrue, à une seconde près en 300 millions d'années.

L'horloge de haute précision permettra une meilleure navigation, une meilleure gestion des ressources et même des mesures gravitationnelles, soutenant ainsi une présence humaine durable au-delà de la Terre.

Cliquez ici pour découvrir à quoi pourrait ressembler l’économie spatiale du futur.

Même le stockage de données va sur la Lune

Il est intéressant de noter que des entreprises envisagent même de déplacer leurs centres de données dans l'espace. Plus tôt cette année, Lonestar Data Holdings, basée en Floride, a installé son appareil de la taille d'une boîte à chaussures à bord de l'atterrisseur Athena (IM-2) d'Intuitive Machines. 

L'objectif de l'IM-2 est de présenter la prospection des ressources, la mobilité lunaire et l'analyse des substances pour aider à découvrir des sources d'eau afin d'établir des infrastructures durables sur la surface lunaire ainsi que dans l'espace.

L'appareil de Lonestar Data Holdings à bord de l'IM-2 transportait quant à lui des données de Vint Cerf, reconnu comme l'un des « pères de l'Internet », et du gouvernement de Floride, entre autres.

L'implantation d'un stockage de données sur la Lune devrait contribuer à relever les défis posés par les centres de données, un secteur en pleine croissance grâce à la demande croissante d'IA, d'apprentissage automatique et de services cloud. Les centres de données sont connus pour leur forte consommation énergétique, la pression sur les réseaux électriques et la pollution sonore, autant de problèmes que l'immensité de l'espace pourrait combler.

Selon Steve Eisele, président et directeur des revenus de Lonestar, « la Lune peut être l'option la plus sûre » pour vos données. « Elle est plus difficile à pirater ; elle est bien plus difficile à pénétrer ; elle est au-dessus de tous les problèmes sur Terre, des catastrophes naturelles aux pannes de courant en passant par la guerre », a-t-il ajouté.

L'entreprise vise à lancer un service commercial de stockage de données d'ici 2027 grâce à plusieurs satellites placés au point L1, le point de Lagrange entre le Soleil et la Terre. D'autres entreprises comme Axiom Space et Starcloud planifient également leurs propres projets.

« L'économie lunaire va croître et, dans les cinq prochaines années, nous aurons besoin d'infrastructures numériques sur la Lune », ainsi que sur Mars et au-delà. Ce sera un élément essentiel de notre avenir », a déclaré Eisele.

Investir dans l'exploration et la colonisation spatiales

Dans le royaume de l'espace, Northrop Grumman Corporation (NOC ) est profondément impliqué dans le programme Artemis de la NASA, les systèmes d'avant-postes lunaires Gateway, la robotique autonome et la recherche sur la fabrication dans l'espace. Elle travaille également sur la propulsion avancée, les structures déployables à grande échelle et la fabrication de précision.

Northrop Grumman Corporation (NOC )

Northrop Grumman Corporation affiche une capitalisation boursière de 72.57 milliards de dollars. Son action s'échange actuellement à 506.62 dollars, en hausse de 7.44 % depuis le début de l'année. Son BPA (sur 25.36 mois) s'élève à 19.88 et son PER (sur 1.83 mois) à XNUMX, tout en offrant un rendement de dividende de XNUMX %.

Sur le plan financier, l'entreprise a réalisé un chiffre d'affaires de 9.5 milliards de dollars et un carnet de commandes record de 92.8 milliards de dollars au premier trimestre 1. Le bénéfice net s'est élevé à 2025 millions de dollars, soit 481 dollars par action diluée. Près de 3.32 millions de dollars ont été reversés aux actionnaires sous forme de dividendes et de rachats d'actions.

Actualités et développements récents concernant l'action Northrop Grumman (NOC)

Conclusion

À mesure que nous progressons dans l'espace, il devient évident que nous aurons besoin de bien plus que de simples fusées pour établir une présence permanente. Il s'agit de structures robustes capables de résister à des conditions environnementales difficiles et de pallier la pénurie de ressources.

Du façonnage laser du métal en orbite aux matériaux issus de la bio-ingénierie, en passant par les robots autonomes et l'impression 3D, ces avancées ouvrent la voie à un avenir durable hors de la Terre. Grâce à la poursuite des recherches, nous nous rapprochons de la création d'un ancrage durable au-delà de notre planète et de la construction d'une véritable civilisation interplanétaire.

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Note de l'éditeur (juillet 2025) : Cet article a été mis à jour pour inclure une attribution de source supplémentaire et pour supprimer une phrase qui décrivait de manière erronée les progrès de l'équipe de recherche sur le développement de la boucle de rétroaction.

Références:

^{1. Carter, P. (2025, 25 juin). De la salle de classe au cosmos : les élèves visent à construire de grandes choses dans l'espace. Actualités de l'Université de Floride. Récupéré de https://news.ufl.edu/2025/06/manufacturing-in-space-with-lasers/}