Préparation et caractérisation d’un analogue de régolithe lunaire avec mise en œuvre d’un procédé de fabrication additive directe

Soutenance de thèse de Julien Granier (Amphithéâtre d’Honneur – IMT Mines Albi)

Résumé de la thèse :

Alors que la volonté de fonder une base pérenne sur la Lune d’ici à la fin de la décennie apparaît, la question de l’autonomie des astronautes se pose. Le développement des technologies d’utilisation des ressources in situ (ISRU), en particulier du sol lunaire appelé régolithe, devient un élément clé pour assurer la viabilité de ces missions longue durée. Cette thèse se propose d’étudier l’une de ces solutions, la fabrication additive par fusion sélective laser (SLM), prometteuse de par sa polyvalence et sa capacité à se passer de liants. Pour cela, une approche globale de travail a été conduite : d’abord, un matériau de travail, analogue de régolithe des mers lunaires désigné comme basalte du Pic d’Ysson (BPY), a été élaboré. Sa composition est multiple, et permet de reproduire la variabilité inhérente au sol lunaire, que ce soit en terme de proportion en éléments chimiques ou de maturité. Ensuite, une étude approfondie des phénomènes physiques ayant lieu durant la fabrication additive a été menée. Commençant par les interactions rayonnement-matière avec la détermination de l’absorptivité du milieu granulaire, suivi de sa conductivité thermique et des changements de phases survenant dans l’analogue lors de cycles de chauffe, les caractérisations expérimentales présentées sont complétées de modèles analytiques permettant de mieux identifier l’influence des différentes variables mises en jeu. Enfin, des essais de fabrication ont pu être menés, testant un nombre important de paramètres (densité d’énergie utilisée, application d’un post-traitement de recuit,…). Les objets manufacturés permettent alors d’établir les relations matériau-procédé-propriétés par une série de caractérisations mécaniques et microstructurales. Finalement, la pertinence du choix de la SLM dans le contexte de l’ISRU est argumentée, et une stratégie globale d’optimisation des propriétés des pièces avec des suggestions d’améliorations possibles est donnée.

Composition du jury de thèse:

• M. Robert PEYROUX, Rapporteur, CNRS
• M.Tanguy ROUXEL, Rapporteur, Université de Rennes
• M. Pierre BECK, Examinateur, Université Grenoble Alpes
• Mme Miranda FATERI, Examinatrice, Aalen University
• M. Advenit MAKAYA, Examinateur, ESA
• M. Jörg NEUMANN, Examinateur, Laser Zentrum Hannover
• M. Thierry CUTARD, Directeur de thèse, IMT Mines Albi
• M. Patrick PINET, Co-directeur de thèse, CNRS 

Membres invités :

    •    M. Alexis PAILLET, CNES
    •    M. Serge CHEVREL, Université Paul Sabatier
    •    M. Yannick LE MAOULT, IMT Mines Albi
    •    M. Thierry SENTENAC, IMT Mines Albi