Nouvelle découverte sur les propriétés des roches arrivant de la Lune

Pour établir de futures bases sur la Lune et sur Mars, des matériaux seront nécessaires et nous devons minimiser les ressources que nous devrons transporter depuis la Terre pour les construire. C’est pourquoi le développement des techniques d’utilisation est essentiel sur site des ressources (ISRU). Mais pour savoir comment et pourquoi nous pouvons profiter de ces ressources, nous devons connaître leurs propriétés. Désormais, grâce à une nouvelle étude, nous en savons un peu plus sur les roches qui arrivent de la Lune.

On peut connaître précisément la composition chimique et minéralogique des roches de la Lune et de Mars étudier les fragments qui ont atteint la Terre sous forme de météorites et analyser les roches lunaires rapportées par les astronautes des missions Apollo.

En laboratoire, nous pouvons étudier ses propriétés mécaniques : élasticité, plasticité, malléabilité, ductilité, dureté et fragilité.

C’est ainsi que notre nouvelle étude des météorites a révélé les particularités des minéraux les plus répandus sur la Lune et dans le monde. astéroïde Vesta: olivines, pyroxènes, feldspaths et spinelles.

Soumis aux conditions extrêmes de l’espace

Les rochers de la Lune et de Vesta ont des caractéristiques différentes propriétés mécaniques à ceux de la Terre.

Depuis des lustres, ils sont continuellement bombardés par des roches mesurant jusqu’à un mètre de long, appelées météoroïdes. Ceux qui dépassent ce diamètre, les astéroïdes, ont creusé des cratères à la surface de la Lune et ont même lancé des roches lunaires en orbite solaire. De plus, ces processus énergétiques ont généré écarts d’impact dans de nombreuses roches de surface, avec des composants mélangés aux projectiles et thermiquement modifiés lors du processus d’impact.

Les corps sans atmosphère, comme la Lune et Vesta, sont également soumis à l’influence du vent solaire et du rayonnement cosmique qui affecte les roches à l’échelle nanométrique.

Tous ces processus sont regroupés sous le terme « traitement spatial » (en anglais : altération spatiale) et ont de profondes implications sur les propriétés des roches que nous souhaiterons un jour utiliser comme ressource sur la Lune.

Propriétés mécaniques des roches lunaires

Dans la nouvelle étude qui fera la couverture de Météoritiques et sciences planétaires, maintenant prépublié sur ArXivnous avons réalisé une analyse de la composition et des propriétés mécaniques de plusieurs roches lunaires arrivées sur Terre sous forme de météorites, à partir de notre collection au Institut des sciences spatiales (CSIC).

Il fallait connaître ses propriétés à l’échelle nanométrique. Nous avons donc eu recours à une technique qui permet cela, la nanoindentation, qui appliqué il y a quelques années de manière pionnière pour étudier les propriétés mécaniques des météorites.

Étudier une roche à l’échelle nanométrique

La nanoindentation est une technique qui permet d’appliquer une force avec une grande précision, à l’aide d’une pointe de diamant en forme de pyramide, sur une surface de quelques nanomètres. La force contrôlée est appliquée à des zones spécifiques et localisées, dont nous connaissons la composition.

La pointe en diamant exerce une pression sur la surface à mesure que la force augmente progressivement jusqu’à une valeur maximale prédéterminée. Par la suite, après la phase de charge, elle est systématiquement réduite à zéro. Et la surface rétrécit dans une certaine mesure en fonction de l’élasticité.

Ainsi, en étudiant ce cycle de chargement-déchargement, l’instrument mesure la profondeur de pénétration et en déduit la plasticité de la roche. De l’étude, les mécanismes de déformation (à la fois élastiques et plastiques) et la récupération élastique peuvent être déduits.

La découverte dans les roches lunaires

Ainsi, nos travaux avec les météorites lunaires ont révélé l’hétérogénéité intrinsèque des principaux attributs mécaniques des minéraux les plus courants sur la Lune et Vesta : les olivines, les pyroxènes, les feldspaths et les spinelles, même lorsqu’ils présentent des caractéristiques mécaniques similaires.

Parmi les différences constatées, la olivinos d’origine terrestre ont une plus grande dureté que les olivines d’origine lunaire.

Nos études indiquent également que le manque d’atmosphère sur la Lune et Vesta, et leur exposition à des impacts soudains et très énergétiques de météorites, se fragmentent, génèrent des lacunes et augmentent la porosité naturelle des minéraux à partir desquels les roches sont formées. Ce paramètre est essentiel pour expliquer les propriétés mécaniques des roches.

Nos résultats ont des implications directes pour le développement de nouvelles techniques d’utilisation. sur site des ressources (ISRU). À leur tour, ils sont pertinents pour mieux comprendre la manière dont les cratères sont creusés et certaines de ces roches sont propulsées à hypervitesse, surmontant le champ gravitationnel de leurs corps.

La caractérisation mécanique des roches qui forment ces corps planétaires sera utile pour entreprendre des recherches sur la Lune ou encore aborder avec rigueur les défis et opportunités posés par l’exploitation minière spatiale.

Les différences avec la Terre

Les propriétés mécaniques sont essentielles aux processus de compactage et frittage (fabrication d’objets utilisant la chaleur) qui permettra par exemple de créer des matériaux de construction plus robustes et durables dans ces environnements extrêmes. C’est pourquoi il est important de réaliser davantage d’études pour observer comment la porosité et la structure cristalline des roches affectent leurs propriétés mécaniques.

La création future d’infrastructures durables, de routes et d’autres structures vitales essentielles à la présence humaine à long terme sur la Lune ou sur Mars nécessitera des matériaux, et les meilleurs doivent être identifiés avant de se lancer dans un voyage.

De nouveaux défis pour une humanité qui, petit à petit, deviendra multiplanétaire.