Ce qui ressemble à un shtick de comédie slap-stick est en fait une science solide. Avec une grande partie de l'avenir spatial de l'humanité impliquant des habitats, d'autres structures et une présence permanente sur la Lune et Mars, mélanger le béton dans l'espace est une affaire sérieuse. La NASA a un programme d'étude appelé MICS (Microgravity Investigation of Cement Solidification) qui examine comment nous pourrions construire des habitats ou d'autres structures en microgravité.
Le béton est le matériau le plus utilisé sur Terre, sans compter l'eau. Il est plus largement utilisé que le bois. Il existe également depuis longtemps.
Outre sa qualité isolante, le béton peut également fournir une protection contre les radiations, et sa résistance structurelle offre une protection contre les impacts de météorites. Bien que ce ne soit pas la seule option pour construire des structures, il aura probablement un rôle à jouer. Il pourrait devenir un matériau important car seul le ciment lui-même, et non l'agrégat ou l'eau, doit être transporté.
Dans le cadre du MICS et d'une étude connexe appelée MVP Cell-05, la NASA et la Pennsylvania State University se sont associées à des astronautes sur l'ISS pour mélanger le béton. Les propriétés du béton sur Terre sont bien comprises, mais la microgravité présente un autre ensemble de circonstances. Les résultats sont publiés dans Frontiers in Materials et sont intitulés «Effet de la microgravité sur le développement microstructural du silicate de calcium (C3S) Coller. "
«Nos expériences se concentrent sur la pâte de ciment qui maintient le béton ensemble.»
Aleksandra Radlinska, chercheuse principale pour MICS.
Le béton lui-même est un mélange d'agrégats, composé de sable, de gravier et de roches, maintenus ensemble avec du ciment, qui se décline en deux types: ciment Portland ou ciment géopolymère. Combinez le tout avec de l'eau, dans les bonnes proportions, mélangez-le et façonnez-le, et quand il durcit ou durcit correctement, c'est une substance extrêmement forte. C’est pourquoi certaines structures anciennes comme les aqueducs romains, qui étaient en partie en béton, subsistent.
Malgré son omniprésence dans notre monde moderne, il y a encore beaucoup de scientifiques qui ne savent pas comment cela fonctionne. Mais ils savent qu'au fur et à mesure qu'il durcit, il forme des cristaux qui s'emboîtent les uns dans les autres, ainsi qu'avec le sable et le gravier, donnant au béton sa force. Les scientifiques voulaient en savoir plus sur la façon dont cela se produit en microgravité.
«Nos expériences se concentrent sur la pâte de ciment qui maintient le béton ensemble. Nous voulons savoir ce qui pousse à l'intérieur du béton à base de ciment lorsqu'il n'y a pas de phénomènes liés à la gravité, tels que la sédimentation », a déclaré Aleksandra Radlinska, chercheur principal pour MICS et MVP Cell-05.
En ce qui concerne la microgravité, Radlinska a déclaré: «Cela pourrait changer la distribution de la microstructure cristalline et, finalement, les propriétés du matériau.»
"Ce que nous trouvons pourrait conduire à des améliorations dans le béton à la fois dans l'espace et sur Terre", a ajouté Rudlinska. «Étant donné que le ciment est largement utilisé dans le monde, même une petite amélioration pourrait avoir un impact considérable.»
Les ratios d'eau, d'agrégats et de béton nécessaires pour produire du béton aux propriétés spécifiques sont bien compris ici sur Terre. Mais qu'en est-il sur la Lune? Il a seulement 1 / 6ème de la gravité terrestre. Ou Mars, qui a un peu plus du tiers de la gravité terrestre. Les expériences ont été conçues pour éclairer cette question.
Dans l'expérience MICS, les astronautes avaient un certain nombre de paquets de poudre de ciment, auxquels ils ont ajouté de l'eau. Ensuite, ils ont ajouté de l'alcool à certains des paquets à différents moments, pour arrêter l'hydratation.
Dans la deuxième expérience, MVP Cell-05, les astronautes ont également ajouté de l'eau à des paquets de ciment, mais ils ont utilisé une centrifugeuse sur l'ISS pour simuler différentes gravités, y compris les gravités martienne et lunaire. Les échantillons des deux expériences ont été renvoyés sur Terre pour être analysés.
Le chercheur principal pour MVP Cell-05 est Richard Grugel. Il a dit: "Nous voyons et documentons déjà des résultats inattendus."
L'expérimentation a montré que le béton mélangé en microgravité avait une microporosité accrue. Il y avait des bulles d'air dans les échantillons de microgravité qui ne sont pas présentes dans les échantillons de gravité terrestre. C'est à cause de la flottabilité. Sur Terre, les bulles d'air s'élèveraient vers le haut et, en fait, le béton vibre parfois mécaniquement avant de durcir juste pour aider à chasser les bulles d'air, ce qui peut affaiblir le béton.
Les échantillons MICS et MVP Cell-05 ont montré une cristallisation plus importante que les échantillons broyés. La microporosité 20% plus grande dans les échantillons de microgravité a laissé plus de place à la cristallisation et des cristaux plus gros, ce qui devrait créer plus de résistance. Mais la plus grande microporosité dans les échantillons de microgravité crée également un béton moins dense, ce qui pourrait signifier un béton plus faible. La taille des micropores dans les échantillons de microgravité était également d'un ordre de grandeur supérieure à celle des échantillons broyés.
Le béton de microgravité avait moins de sédimentation, ce qui signifie que les petites particules d'agrégat ne se déposaient pas au fond pendant le durcissement, mais étaient réparties plus uniformément à travers le béton. Cela signifie que le béton est plus uniforme, ce qui pourrait affecter la résistance.
Il s'agit d'une première étude sur le béton en microgravité. Aucun test de résistance n'a été effectué sur les très petits échantillons, de sorte que toute conclusion sur la résistance est prématurée. Mais il met en évidence des propriétés très différentes entre le béton 1G et le béton de microgravité, qui seront sans aucun doute explorées à l'avenir.
"L'augmentation de la porosité a une incidence directe sur la résistance du matériau, mais nous devons encore mesurer la résistance du matériau formé par l'espace", a déclaré Radlinska dans une interview avec designboom.
Plus:
- Étude: Effet de la microgravité sur le développement microstructural du silicate de tri-calcium (C3S) Coller
- NASA Sciencecast: cimenter notre place dans l'espace
- Étude: Produits d'hydratation du C3A, C3S et ciment Portland en présence de CaCO3
- designboom: les astronautes de la NASA explorent ce qui arrive au béton lorsqu'il est mélangé dans l'espace
- Portland Cement Association: Ciment et béton
- National Space Society: Béton: matériau potentiel pour la station spatiale
