Le concept d'artiste des humains partit pour Mars. Crédit image: NASA Cliquez pour agrandir
Après avoir lu cet article, vous pourriez ne plus jamais regarder les sacs poubelles de la même manière.
Nous utilisons tous des sacs poubelles en plastique; ils sont si communs que nous leur donnons à peine une seconde pensée. Alors, qui aurait deviné qu'un sac poubelle humble détiendrait la clé pour envoyer des humains sur Mars?
La plupart des sacs poubelles ménagers sont faits d'un polymère appelé polyéthylène. Des variantes de cette molécule s'avèrent excellentes pour protéger les formes les plus dangereuses de rayonnement spatial. Les scientifiques le savent depuis longtemps. Le problème a été d'essayer de construire un vaisseau spatial à partir des trucs fragiles.
Mais maintenant, les scientifiques de la NASA ont inventé un matériau révolutionnaire à base de polyéthylène appelé RXF1 qui est encore plus résistant et plus léger que l'aluminium. «Ce nouveau matériau est une première dans le sens où il combine des propriétés structurelles supérieures avec des propriétés de blindage supérieures», explique Nasser Barghouty, Project Scientist pour le Space Radiation Shielding Project de la NASA au Marshall Space Flight Center.
Vers Mars dans un vaisseau spatial en plastique? Aussi stupide que cela puisse paraître, ce pourrait être la voie la plus sûre à suivre.
Moins est plus
La protection des astronautes contre les radiations de l'espace lointain est un problème majeur non résolu. Considérons une mission habitée sur Mars: le voyage aller-retour pourrait durer jusqu'à 30 mois et nécessiterait de quitter la bulle de protection du champ magnétique terrestre. Certains scientifiques pensent que des matériaux tels que l'aluminium, qui fournissent un blindage adéquat en orbite terrestre ou pour de courts voyages vers la Lune, seraient inadéquats pour le voyage vers Mars.
Barghouty est l'un des sceptiques: "Aller sur Mars maintenant avec un vaisseau spatial en aluminium ne peut pas être annulé", estime-t-il.
Le plastique est une alternative intéressante: par rapport à l'aluminium, le polyéthylène est 50% meilleur pour protéger les éruptions solaires et 15% meilleur pour les rayons cosmiques.
L'avantage des matériaux de type plastique est qu'ils produisent beaucoup moins de «rayonnement secondaire» que les matériaux plus lourds comme l'aluminium ou le plomb. Le rayonnement secondaire provient du matériau de protection lui-même. Lorsque des particules de rayonnement spatial écrasent des atomes dans le bouclier, elles déclenchent de minuscules réactions nucléaires. Ces réactions produisent une pluie de sous-produits nucléaires - neutrons et autres particules - qui pénètrent dans l'engin spatial. C’est un peu comme essayer de se protéger d’une boule de bowling volante en érigeant un mur de quilles. Vous évitez la balle mais vous vous faites pilonner par des épingles. Les «secondaires» peuvent être pires pour la santé des astronautes que le rayonnement spatial d'origine!
Ironiquement, des éléments plus lourds comme le plomb, que les gens considèrent souvent comme le meilleur blindage contre les radiations, produisent beaucoup plus de radiations secondaires que des éléments plus légers comme le carbone et l'hydrogène. C’est pourquoi le polyéthylène fait un bon blindage: il est entièrement composé d’atomes de carbone et d’hydrogène légers, ce qui minimise les secondaires.
Ces éléments plus légers ne peuvent pas arrêter complètement le rayonnement spatial. Mais ils peuvent fragmenter les particules de rayonnement entrantes, réduisant considérablement les effets nocifs. Imaginez que vous vous cachiez derrière une clôture grillagée pour vous protéger lors d'une bataille de boules de neige: vous aurez toujours de la neige sur vous alors que de minuscules boules de neige éclatent à travers la clôture, mais vous ne sentirez pas la piqûre d'un coup direct d'un coup dur -populaire emballé. Le polyéthylène est comme cette clôture à mailles de chaîne.
"C’est ce que nous pouvons faire. La fragmentation - sans produire beaucoup de rayonnement secondaire - est en réalité le lieu où la bataille est gagnée ou perdue », explique Barghouty.
Sur commande
Malgré leur pouvoir de protection, les sacs poubelle ordinaires ne feront évidemment pas l'affaire pour construire un vaisseau spatial. Barghouty et ses collègues ont donc essayé de renforcer le polyéthylène pour le travail aérospatial.
C'est ainsi que le chercheur du Shielding Project Raj Kaul, en collaboration avec Barghouty, est venu à inventer le RXF1. Le RXF1 est remarquablement solide et léger: il a 3 fois la résistance à la traction de l'aluminium, mais est 2,6 fois plus léger - impressionnant même par rapport aux normes aérospatiales.
«Puisqu'il s'agit d'un bouclier balistique, il dévie également les micrométéorites», explique Kaul, qui avait auparavant travaillé avec des matériaux similaires pour développer une armure d'hélicoptère. "Puisqu'il s'agit d'un tissu, il peut être drapé autour de moules et façonné en composants spatiaux spécifiques." Et parce qu'il est dérivé du polyéthylène, c'est aussi un excellent bouclier contre les radiations.
Les détails de la fabrication du RXF1 sont secrets car un brevet sur le matériau est en instance.
La force n'est qu'un des traits que les murs d'un vaisseau spatial doivent avoir, note Barghouty. L'inflammabilité et la tolérance à la température sont également importantes: peu importe la solidité des murs d'un vaisseau spatial s'ils fondent en plein soleil ou prennent feu facilement. Le polyéthylène pur est très inflammable. Plus de travail est nécessaire pour personnaliser encore plus le RXF1 pour le rendre également résistant aux flammes et à la température, a déclaré Barghouty.
The Bottom Line
La grande question, bien sûr, est la ligne de fond: le RXF1 peut-il transporter des humains en toute sécurité sur Mars? À ce stade, personne ne sait avec certitude.
Certains «rayons cosmiques galactiques sont si énergiques qu’aucune quantité raisonnable de blindage ne peut les arrêter», prévient Frank Cucinotta, responsable de la radioprotection de la NASA. "Tous les matériaux ont ce problème, y compris le polyéthylène."
Cucinotta et ses collègues ont fait des simulations informatiques pour comparer le risque de cancer d'aller sur Mars dans un navire en aluminium par rapport à un navire en polyéthylène. Étonnamment, «il n'y avait pas de différence significative», dit-il. Cette conclusion dépend d'un modèle biologique qui estime comment les tissus humains sont affectés par le rayonnement spatial - et c'est là que réside le hic. Après des décennies de vols spatiaux, les scientifiques ne comprennent toujours pas comment le corps humain réagit aux rayons cosmiques. Si leur modèle est correct, cependant, le polyéthylène de blindage supplémentaire offre peu d'avantages pratiques. C'est une question de recherche en cours.
En raison des nombreuses incertitudes, les limites de dose pour les astronautes en mission sur Mars n'ont pas été fixées, note Barghouty. Mais en supposant que ces limites de dose sont similaires aux limites fixées pour les vols de navette et de station spatiale, il pense que le RXF1 pourrait hypothétiquement fournir un blindage adéquat pour une mission de 30 mois sur Mars.
Aujourd'hui, au dépotoir. Demain, aux étoiles? Le polyéthylène pourrait vous emmener plus loin que vous ne l'auriez imaginé.
Source d'origine: communiqué de presse de la NASA
