« Simulant de régolithe lunaire » : différence entre les versions

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[[Fichier:Lunar Regolith 70050 from Apollo 17 in National Museum of Natural History.jpg|vignette|Échantillon 70050 de régolithe lunaire rapporté par [[Apollo 17]]. Les simulants de régolithe lunaire ont pour but de reproduire certaines des propriétés de ce genre de poussière lunaire.]]
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Un '''simulant de régolithe lunaire''', ou '''simulant de sol lunaire''', est un matériau créé pour imiter certaines propriétés du [[régolithe|régolithe lunaire]]<ref name="cooper p257">{{Ouvrage|langue=en|prénom1=Bonnie|nom1=Cooper|titre=The Moon|sous-titre=resources, future development, and settlement|éditeur=Springer|année=2007|pages totales=560|isbn=9780387360553|titre chapitre=Appendix C: Lunar soil simulants|lire en ligne={{google livres|oxLBa_8tLHAC|page=257|surligne=simulant}}|passage=257-267}}</ref> qu'elles soient chimiques, mécaniques, minéralogiques, etc. Les simulants les plus récents reproduisent aussi fidèlement que possible ces caractéristiques ainsi que la granulométrie, les frictions relatives des particules ou d'autres propriétés.
Un '''simulant de régolithe lunaire''', ou '''simulant de sol lunaire''', est un matériau créé pour imiter certaines propriétés du [[régolithe|régolithe lunaire]]<ref name="cooper p257">{{harvsp|Cooper|2007|p=257}}</ref> qu'elles soient chimiques, mécaniques, minéralogiques, etc. Les simulants les plus récents reproduisent aussi fidèlement que possible ces caractéristiques ainsi que la granulométrie, les frictions relatives des particules ou d'autres propriétés.


Ces matériaux permettent aux chercheurs d'étudier la manutention, l'excavation, le transport et les utilisations possibles du sol lunaire qui relèvent du domaine de l'[[utilisation des ressources in situ]] (ISRU)<ref name="moon p170">{{google livres|ho65r66FVEsC|page=170|surligne=simulant|Moon: Prospective Energy and Material Resources, p.170}}</ref> est très demandeur de ce genre de simulants<ref name="Taylor 2016">{{Article|langue=en|url texte=http://www.planetary.brown.edu/pdfs/5201.pdf|titre=Evaluations of lunar regolith simulants|journal=Planetary and Space Science|numéro=126|année=2016|mois=avril|volume=1–7}}</ref>. L'autre domaine requérant l'emploi de simulant est l'ingénierie spatiale devant mettre en œuvre des équipements adaptés à l'environnement lunaire<ref name="cooper p257"/>. Les échantillons de sol ramenés de la Lune sont trop rares et trop petits pour de telles recherches.
Ces matériaux permettent aux chercheurs d'étudier la manutention, l'excavation, le transport et les utilisations possibles du sol lunaire qui relèvent du domaine de l'[[utilisation des ressources in situ]] (ISRU)<ref name="moon p170">{{harvsp|Badescu|2012|p=170}}</ref> est très demandeur de ce genre de simulants<ref name="Taylor 2016">{{Article|langue=en|url texte=http://www.planetary.brown.edu/pdfs/5201.pdf|titre=Evaluations of lunar regolith simulants|journal=Planetary and Space Science|numéro=126|année=2016|mois=avril|volume=1–7}}</ref>. L'autre domaine requérant l'emploi de simulant est l'ingénierie spatiale devant mettre en œuvre des équipements adaptés à l'environnement lunaire<ref name="cooper p257"/>. Les échantillons de sol ramenés de la Lune sont trop rares et trop petits pour de telles recherches.


== Production ==
== Production ==
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En 1993, un nouveau simulant est développé, le JSC-1, pour s'approcher de la composition des [[Mer lunaire|maria]]. À la différence du MLS-1, il simule un sol pauvre en [[titane]] et à haute teneur en verre<ref name="McKayEtAll">{{Article|langue=en|titre=JSC-1: A new lunar soil simulant|année=1994|url texte=http://www.lpi.usra.edu/lunar/strategies/jsc_lunar_simulant.pdf|format=PDF|périodique=Engineering, Construction, and Operations in Space IV; Proceedings of the 4th International Conference, Albuquerque, New Mexico, February 26-March 3, 1994|volume=2|pages=857-866|éditeur=[[American Society of Civil Engineers]]|location=New York}}</ref> le rapprochant mieux des échantillons Apollo dont les particules ont tendance à s'agréger<ref name="Taylor 2016" />. Ce simulant est une cendre [[Basalte|basaltique]] minée dans le champ volcanique de San Franciscon, à proximité de [[Flagstaff]]<ref name="McKayEtAll"/>, dont la source a été sélectionnée notamment pour sa disponibilité en grande quantité et pour sa composition à moitié faite de verre friable d'origine basaltique<ref name="Taylor 2016" />. En réalité les résultats présentés par l'équipe ayant développé le JSC-1 montrent une similitude de composition chimique entre le JSC-1 et l'échantillon 14163<ref name="McKayEtAll"/>, ramené par [[Apollo 14]] et n'étant pas issu d'une mare : ce simulant, pourtant présenté pendant des années comme correctement représentatif du régolithe des mers lunaires, n'est en fait typique que d'une très petite partie du sol de l'astre<ref name="Taylor 2016" />.
En 1993, un nouveau simulant est développé, le JSC-1, pour s'approcher de la composition des [[Mer lunaire|maria]]. À la différence du MLS-1, il simule un sol pauvre en [[titane]] et à haute teneur en verre<ref name="McKayEtAll">{{Article|langue=en|titre=JSC-1: A new lunar soil simulant|année=1994|url texte=http://www.lpi.usra.edu/lunar/strategies/jsc_lunar_simulant.pdf|format=PDF|périodique=Engineering, Construction, and Operations in Space IV; Proceedings of the 4th International Conference, Albuquerque, New Mexico, February 26-March 3, 1994|volume=2|pages=857-866|éditeur=[[American Society of Civil Engineers]]|location=New York}}</ref> le rapprochant mieux des échantillons Apollo dont les particules ont tendance à s'agréger<ref name="Taylor 2016" />. Ce simulant est une cendre [[Basalte|basaltique]] minée dans le champ volcanique de San Franciscon, à proximité de [[Flagstaff]]<ref name="McKayEtAll"/>, dont la source a été sélectionnée notamment pour sa disponibilité en grande quantité et pour sa composition à moitié faite de verre friable d'origine basaltique<ref name="Taylor 2016" />. En réalité les résultats présentés par l'équipe ayant développé le JSC-1 montrent une similitude de composition chimique entre le JSC-1 et l'échantillon 14163<ref name="McKayEtAll"/>, ramené par [[Apollo 14]] et n'étant pas issu d'une mare : ce simulant, pourtant présenté pendant des années comme correctement représentatif du régolithe des mers lunaires, n'est en fait typique que d'une très petite partie du sol de l'astre<ref name="Taylor 2016" />.


Entre le JSC-1, dont quinze tonnes furent produites et les années 2000, la production de nouveaux simulants a continué dans des proportions moins importantes dans le monde entier. C'est en 2004, sous l'impulsion du président des [[États-Unis]] [[Georges W. Bush]], qu'une nouvelle demande importante de simulant lunaire est lancée<ref name="Taylor 2016" />. L'idée d'un simulant standardisé est proposée par Carter et al., ce qui permettrait d'homogénéiser le besoin au niveau de la production du simulant et de fournir à la communauté scientifique une base invariable sur laquelle expérimenter, ou à partir de laquelle il serait possible de dériver des simulants plus spécifiques pour des besoins expérimentaux particuliers<ref name="cooper p264">{{Ouvrage|langue=en|prénom1=Bonnie|nom1=Cooper|titre=The Moon|sous-titre=resources, future development, and settlement|éditeur=Springer|année=2007|pages totales=560|isbn=9780387360553|titre chapitre=Appendix C: Lunar soil simulants|lire en ligne={{google livres|oxLBa_8tLHAC|page=264|surligne=simulant}}|passage=257-267}}</ref>.
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La NASA commissionne la production d'un remplaçant au JSC-1, dont le stock est épuisé. Sa copie, le JSC-1A avec ses différentes catégories de finesse, est issue de la même source basaltique et en reproduit donc toutes les caractéristiques chimiques, avec toutes les différences en comparaison au régolithe des maria<ref name="Taylor 2016" />.
La NASA commissionne la production d'un remplaçant au JSC-1, dont le stock est épuisé. Sa copie, le JSC-1A avec ses différentes catégories de finesse, est issue de la même source basaltique et en reproduit donc toutes les caractéristiques chimiques, avec toutes les différences en comparaison au régolithe des maria<ref name="Taylor 2016" />.
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== Références ==
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== Bibliographie ==
* {{Chapitre|langue=en|prénom1=Bonnie|nom1=Cooper|auteurs ouvrage=David Schrunk, Burton Sharpe, Bonnie L. Cooper, Madhu Thangavelu|titre ouvrage=The Moon|sous-titre ouvrage=Resources, future development, and settlement|titre chapitre=Appendix C|sous-titre chapitre=Lunar soil simulants|éditeur=Springer & Praxis Publishing|année=2007|lieu=Chichester|numéro d'édition=2|isbn=978-0-387-36055-3|lccn=2007921270|lire en ligne={{google livres|oxLBa_8tLHAC|page=257|surligne=simulant}}|pages totales=560|passage=257-267|consulté le=5 mars 2017}}
* {{Ouvrage|langue=en|prénom1=Viorel|nom1=Badescu|et al.=oui|directeur1=oui|titre=Moon|sous-titre=Prospective Energy and Material Resources|éditeur=Springer|année=2012|isbn=978-3-642-27968-3|doi=10.1007/978-3-642-27969-0|lccn=2012930487|lire en ligne={{google livres|ho65r66FVEsC}}|pages totales=749
|consulté le=5 mars 2017}}
* {{Article|langue=en|url texte=http://www.planetary.brown.edu/pdfs/5201.pdf|titre=Evaluations of lunar regolith simulants|journal=Planetary and Space Science|numéro=126|année=2016|mois=avril|volume=1–7}}


== Voir aussi ==
== Voir aussi ==

Version du 5 mars 2017 à 13:35

Échantillon 70050 de régolithe lunaire rapporté par Apollo 17. Les simulants de régolithe lunaire ont pour but de reproduire certaines des propriétés de ce genre de poussière lunaire.

Un simulant de régolithe lunaire, ou simulant de sol lunaire, est un matériau créé pour imiter certaines propriétés du régolithe lunaire[1] qu'elles soient chimiques, mécaniques, minéralogiques, etc. Les simulants les plus récents reproduisent aussi fidèlement que possible ces caractéristiques ainsi que la granulométrie, les frictions relatives des particules ou d'autres propriétés.

Ces matériaux permettent aux chercheurs d'étudier la manutention, l'excavation, le transport et les utilisations possibles du sol lunaire qui relèvent du domaine de l'utilisation des ressources in situ (ISRU)[2] est très demandeur de ce genre de simulants[3]. L'autre domaine requérant l'emploi de simulant est l'ingénierie spatiale devant mettre en œuvre des équipements adaptés à l'environnement lunaire[1]. Les échantillons de sol ramenés de la Lune sont trop rares et trop petits pour de telles recherches.

Production

La production de simulant de régolithe est compliquée par les caractéristiques du régolithe natif à reproduire : la distribution des tailles de particules, leur agglomération et la répartition entre phase cristalline et phase amorphe (verre) sont les principaux obstacles à une production conséquente de simulant[2],[3].

La plupart des simulants ont été demandés par la NASA, dans la perspective d'une mission lunaire longue voire permanente. Dans ce cadre, plus d'une dizaine de simulants ont été développés sur plusieurs années, certains étant épuisés d'autres encore disponibles[3].

Chaque simulant a par ailleurs son propre domaine d'applicabilité[3].

Historique

Le premier simulant de régolithe lunaire remonte aux années 1960, et a été développé par David Carrier dans le but de tester des techniques de forage. Ce simulant était très simple puisque constitué de sable de League City et de kaolinite, deux composants locaux facilement disponibles ; ses propriétés géotechniques étaient similaires à la surface lunaire mais absolument dissemblables au vrai régolithe en tout autre point[3]. De la même manière le premier simulant de poussière lunaire utilisé pour tester la résistance aux abrasions des combinaisons était trop dissemblable du sol lunaire : toutes les modifications apportées préventivement sur les joints des équipements étaient inadaptées aux conditions réelles[1].

Après le retour de la mission Apollo 11, les premiers échantillons de sol lunaire exploitables permettent de connaître la composition réelle du régolithe, ainsi que ses propriétés physico-chimiques. Pour mieux s'approcher de la teneur de titane des échantillons rapportés, Paul Weiblen de l'Université du Minnesota développe en 1971 le MLS-1, pour Minnesota Lunar Simulant 1, à partir d'une roche basaltique extraite d'une carrière de Duluth dont la proportion de TiO2 est la plus haute sur Terre[3]. Ce simulant contient principalement des plagioclases, de l'olivine, du pyroxène et de l'ilménite. Les minéraux et les tailles de grains ressemblent à la chimie de la mission Apollo 11 (plus précisément, des échantillons de sol 10084)[4], mais la similitude demeure limitée : la teneur en Ti est deux fois moins grande que celle des échantillons Apollo, et pour reproduire la présence de verre dans le régolithe, Weiblen a mélangé une part de basalte natif et une part préalablement passée dans un four à 6 000 °C pour obtenir une poudre contenant à la fois des cristaux et des particules amorphes. Ce processus permettait de s'approcher des échantillons rapportés par Apollo 11 mais la minéralogie, la géotechnique et la granulométrie du MSL-1 en était encore loin[3].

En 1993, un nouveau simulant est développé, le JSC-1, pour s'approcher de la composition des maria. À la différence du MLS-1, il simule un sol pauvre en titane et à haute teneur en verre[5] le rapprochant mieux des échantillons Apollo dont les particules ont tendance à s'agréger[3]. Ce simulant est une cendre basaltique minée dans le champ volcanique de San Franciscon, à proximité de Flagstaff[5], dont la source a été sélectionnée notamment pour sa disponibilité en grande quantité et pour sa composition à moitié faite de verre friable d'origine basaltique[3]. En réalité les résultats présentés par l'équipe ayant développé le JSC-1 montrent une similitude de composition chimique entre le JSC-1 et l'échantillon 14163[5], ramené par Apollo 14 et n'étant pas issu d'une mare : ce simulant, pourtant présenté pendant des années comme correctement représentatif du régolithe des mers lunaires, n'est en fait typique que d'une très petite partie du sol de l'astre[3].

Entre le JSC-1, dont quinze tonnes furent produites et les années 2000, la production de nouveaux simulants a continué dans des proportions moins importantes dans le monde entier. C'est en 2004, sous l'impulsion du président des États-Unis Georges W. Bush, qu'une nouvelle demande importante de simulant lunaire est lancée[3]. L'idée d'un simulant standardisé est proposée par Carter et al., ce qui permettrait d'homogénéiser le besoin au niveau de la production du simulant et de fournir à la communauté scientifique une base invariable sur laquelle expérimenter, ou à partir de laquelle il serait possible de dériver des simulants plus spécifiques pour des besoins expérimentaux particuliers[6].

La NASA commissionne la production d'un remplaçant au JSC-1, dont le stock est épuisé. Sa copie, le JSC-1A avec ses différentes catégories de finesse, est issue de la même source basaltique et en reproduit donc toutes les caractéristiques chimiques, avec toutes les différences en comparaison au régolithe des maria[3].

Variétés

Le simulant le plus commun est la série JSC-1A[7]. Les simulants notés JSC ont été développés conjointement par la NASA et le Centre spatial Johnson dont ils tirent leur nom (JSC pour Johnson Space Center).

En 2005, la NASA a sous-traité à l'Orbital Technologies Corporation (ORBITEC) la confection d'un second lot de simulant, le stock de JSC-1 étant épuisé. Ce simulant est réparti en trois catégories de finesse[8],[7] :

  • JSC-1AF, (F pour fine, fin en anglais), un régolithe dont les particules font 24,89 µm de taille moyenne, la plupart ayant une taille comprise entre 5 µm et 46 µm[9]
  • JSC-1A, censé être une reproduction de JSC-1, est un régolithe dont la plupart des particules ont une taille comprise entre 19 µm et 550 µm[9]
  • JSC-1AC, (C pour coarse, grossier en anglais), a une distribution de taille de particule allant des plus fines à 5 mm

La NASA a reçu quatorze tonnes de JSC-1A, et une tonne chacune d'AF et d'AC en 2006. Un autre lot de quinze tonnes de JSC-1A et 100 kg de JSC-1AF ont été produits par ORBITEC pour la vente commerciale. Huit tonnes de JSC‐1A commercialisable est disponible en la location à la journée à l'Autorité Spatiale de Californie[8].

  • 1 kg pot de simulant JSC-1A.
    1 kg pot de simulant JSC-1A.
  • Environ 5 mL de JSC-1A.
    Environ 5 mL de JSC-1A.
  • JSC-1A grossit 60X.
    JSC-1A grossit 60X.

Les FJS

La dénomination FJS a été donnée comme abréviation de Fuji Japanese Simulant en référence à la provenance des roches basaltiques utilisées.

Le FJS-1 a été développé au Japon dans la zone basaltique du Mont Fuji. La taille des grains et la minéralogie de ces basaltes permet de bien simuler les échantillons de la mission Apollo 14[réf. nécessaire].

FJS-2 est similaire à FJS-1 ; de l'olivine a été ajoutée afin de légèrement modifier la composition. FJS-2 est un simulant plus fidèle au échantillons d'Apollo 14 que FJS-1[réf. nécessaire].

FJS-3 est composé d'une base de simulant FJS-1, additionné d'olivine et d'ilménite. FJS-3 est un bon simulant des échantillons d'Apollo 11[10].

Propriétés

De tous les simulants lunaires créés depuis les premiers échantillons rapportés par les missions Apollo, tous sauf le MLS-1 montrent une réflectivité dépendante de la longueur d'onde et proche de 0.1 sur la bande spectrale 8-25 µm. Les simulants sont tous particulièrement émissifs à température ambiante ce qui s'explique par leur teneur en verre importante. Le MLS-1 étant assez pauvre en verre, il est peu émissif. Par ailleurs, bien que la réflectivité dans le spectre visible des simulants correspond bien à ce qui est observable — c'est-à-dire une plus grande réflectivité des simulants de régolithe des hauts plateaux lunaires —, l'alpha qui a été mesuré sur les simulants est inférieur à celui des régolithes lunaires[11]. De ce fait, pour les expériences destinées à mesurer l'effet de la poussière lunaire sur les interfaces thermiques, on ne choisit pas le simulant en fonction de la géographie lunaire qu'il est censé simuler mais directement de ses propriétés thermooptiques théoriques.

Autres simulants

Il existe de multiples autres simulants de régolithe lunaire, dont les suivants [12],[13]:

  • MKS-1
  • CAS-1[14]
  • La CMU-1
  • NAO-1
  • Le NU-LHT, créé en 2008 à la demande de la NASA, reproduit le sol anothositique[2]
    • NU-LHT-1M
    • NU-LHT-2M
    • NU-LHT-2C
    • NU-LHT-1D
  • OB-1
    • Chenobi
  • GRC-1
  • BP-1
  • La SLA
  • CSM-CL
  • SC-1
  • CUG-1
  • Oshima Base Simulant
  • Kohyama Base Simulant

Utilisations

Les géopolymères de régolithe lunaire (CDC-1A) et martien (JSC MARS-1 A) avec leur simulant associé produits produites à l'Université de Birmingham.

Toutanji et al. ont utilisé le JSC-1 pour créer un simulant de « Lunarcrete », le béton lunaire[15], à base sulphurique[16].

Le JSC-1A peut se géopolymériser dans une solution alcaline, formant une matériau dur similaire à du roc[17],[18]. Des tests réalisés sur ce matériau montrent que la résistance à la compression et à la flexion de ce géopolymère lunaire est comparable à celle des ciments classiques.

Une réaction SHS[Quoi ?] avec du simulant JSC-1A et de l'aluminium permet de créer un matériau dur, utilisable pour des structures habitables[19].

Voir aussi

Références

  1. ↑ a b et c Cooper 2007, p. 257
  2. ↑ a b et c Badescu 2012, p. 170
  3. ↑ a b c d e f g h i j k et l (en) « Evaluations of lunar regolith simulants », Planetary and Space Science, vol. 1–7, no 126,‎ (lire en ligne)
  4. ↑ Batiste, S.N., Sture, S., 2005.
  5. ↑ a b et c (en) « JSC-1: A new lunar soil simulant », Engineering, Construction, and Operations in Space IV; Proceedings of the 4th International Conference, Albuquerque, New Mexico, February 26-March 3, 1994, New York, American Society of Civil Engineers, vol. 2,‎ , p. 857-866 (lire en ligne [PDF])
  6. ↑ Cooper 2007, p. 264
  7. ↑ a et b Moon: Prospective Energy and Material Resources, p.203 sur Google Livres
  8. ↑ a et b [1]
  9. ↑ a et b Moon: Prospective Energy and Material Resources, p.204 sur Google Livres
  10. ↑ Hiroshi Kanamori, Satoru Udagawa, Tetsuji Yoshida, Shinji Matsumoto, Satoru Udagawa, Satoru Udagawa, Satoru Udagawa, Satoru Udagawa, Satoru Udagawa et Satoru Udagawa, « Properties of Lunar Soil Simulant Manufactured in Japan », Proceedings of the international symposium on space 98, ASCE, Reston, Va.,‎ , p. 462–468
  11. ↑ (en) « NASA Cleveland, Thermal optics properties of Lunar dust simulant », Issues in Applied Physics,‎ , p. 1150 (lire en ligne)
  12. ↑ http://www.lpi.usra.edu/leag/reports/SIM_SATReport2010.pdf
  13. ↑ http://www.chemenv.titech.ac.jp/watanabe/Media/PDF-conf/Earth%26Space08.pdf
  14. ↑ « The Development of CAS-1 Lunar Soil Simulant » () (lire en ligne) [PDF]
    — « (ibid.) », dans International Lunar Conference #7, September 18–23, 2005. Toronto, Ontario, Canada
  15. ↑ La mise au point d'un «Béton lunaire». Principales étapes
  16. ↑ « Development and Application of Lunar "Concrete" for Habitats » () (DOI 10.1061/40830(188)69))
    — « (ibid.) », dans Proceedings of 10th Biennial International Conference on Engineering, Construction, and Operations in Challenging Environments (Earth & Space 2006) and 2nd NASA/ARO/ASCE Workshop on Granular Materials in Lunar and Martian Exploration held in League City/Houston, TX, during March 5–8, 2006, Reston, VA, American Society of Civil Engineers, p. 1–8
  17. ↑ Montes, Broussard, Gongre, Simicevic, Mejia, Tham, Allouche, Davis; Evaluation of lunar regolith geopolymer binder as a radioactive shielding material for space exploration applications, Adv.
  18. ↑ Alexiadis, Alberini, Meyer; Geopolymers from lunar and Martian soil simulants, Adv.
  19. ↑ Moon: Prospective Energy and Material Resources, p.201-202 sur Google Livres

Bibliographie

Voir aussi

  • P Carpenter, L Sibille, S Wilson, G Meeker, L Sibille, L Sibille, L Sibille, L Sibille, L Sibille et L Sibille, « Development of Standardized Lunar Regolith Simulant Materials », Microscopy and Microanalysis, vol. 12 (Suppl. 02),‎ , p. 886–887 (DOI 10.1017/S143192760606301X, Bibcode 2006MiMic..12..886C)
  • « JSC-1: A new lunar regolith simulant » () (lire en ligne)
    — « (ibid.) », dans Lunar and Planetary Science XXIV, p. 963–964
  • « Mechanical Properties of JSC-1 Lunar Regolith Simulant » () (DOI 10.1061/40177(207)94))
    — « (ibid.) », dans Engineering, Construction, and Operations in Space 5: Proceedings of the Fifth International Conference on Space ’96 held in Albuquerque, New Mexico, June 1–6, 1996, New York, Stewart W. Johnson, p. 680–688
  • Yongchun Zheng, Shijie Wang, Ziyuan Ouyang, Yongliao Zou, Shijie Wang, Shijie Wang, Shijie Wang, Shijie Wang, Shijie Wang et Shijie Wang, « CAS-1 lunar soil simulant », Advances in Space Research, vol. 43, no 3,‎ , p. 448–454 (DOI 10.1016/j.asr.2008.07.006, Bibcode 2009AdSpR..43..448Z) — also:
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