Imaginez ce scénario. L'année est 2030 ou environ. Après avoir voyagé à six mois de la Terre, vous et plusieurs autres astronautes êtes les premiers humains sur Mars. Vous vous tenez sur un monde extraterrestre, de la poussière rouge poussiéreuse sous vos pieds, en regardant autour d'un tas d'équipements miniers déposés par les précédents atterrisseurs robotiques.
Les derniers mots du contrôle de mission résonnent dans vos oreilles: «Votre mission, si vous voulez l'accepter, est de retourner sur Terre - si possible en utilisant du carburant et de l'oxygène que vous extrayez des sables de Mars. Bonne chance!"
Cela semble assez simple, extraire des matières premières d'une planète rocheuse et sablonneuse. Nous le faisons ici sur Terre, pourquoi pas sur Mars aussi? Mais ce n'est pas aussi simple qu'il y paraît. Rien sur la physique granulaire ne l'est jamais.
La physique granulaire est la science des grains, tout, des grains de maïs aux grains de sable en passant par les grains de café. Ce sont des substances courantes, mais elles peuvent être extrêmement difficiles à prévoir. Un moment, ils se comportent comme des solides, le suivant comme des liquides. Prenons un camion-benne plein de gravier. Lorsque le camion commence à basculer, le gravier reste dans un tas solide, jusqu'à ce qu'à un certain angle, il devienne soudain une rivière de roche tonitruante.
Comprendre la physique granulaire est essentiel pour concevoir des machines industrielles capables de traiter de grandes quantités de sable fin martien fin, comme les petits solides.
Le problème est que, même ici sur Terre, «les installations industrielles ne fonctionnent pas très bien parce que nous ne comprenons pas les équations pour les matériaux granulaires ainsi que les équations pour les liquides et les gaz», explique James T. Jenkins, professeur de théorie et mécanique appliquée à l'Université Cornell à Ithaca, NY "C'est pourquoi les centrales électriques au charbon fonctionnent à faible efficacité et ont des taux de défaillance plus élevés par rapport aux centrales électriques à combustible liquide ou à gaz."
Donc "comprenons-nous assez bien le traitement granulaire pour le faire sur Mars?" il demande.
Commençons par l'excavation: "Si vous creusez une tranchée sur Mars, à quel point les côtés peuvent-ils être raides et rester stables sans céder?" s'interroge Stein Sture, professeur de génie civil, environnemental et architectural et doyen associé à l'Université du Colorado à Boulder. Il n'y a pas de réponse définitive, pas encore. La superposition de sols poussiéreux et de roches sur Mars n'est pas suffisamment connue.
Sture fait remarquer que certaines informations sur la composition mécanique du mètre supérieur environ des sols martiens pourraient être obtenues par un radar pénétrant dans le sol ou d'autres dispositifs de sondage, mais beaucoup plus profond et vous «devrez probablement prélever des carottes». L'atterrisseur Phoenix Mars de la NASA (atterrissage 2008) pourra creuser des tranchées à environ un demi-mètre de profondeur; le Mars Science Laboratory 2009 sera en mesure de découper des carottes de roche. Les deux missions fourniront de nouvelles données précieuses.
Pour aller encore plus loin, Sture (en relation avec le Center for Space Construction de l'Université du Colorado) développe des pelleteuses innovantes dont les fins commerciales vibrent dans les sols. L'agitation aide à rompre les liaisons cohésives qui maintiennent les sols compactés ensemble et peut également aider à atténuer le risque d'effondrement des sols. Des machines comme celles-ci pourraient aussi un jour se rendre sur Mars.
Un autre problème est celui des «trémies» - les entonnoirs que les mineurs utilisent pour guider le sable et le gravier sur les bandes transporteuses pour le traitement. La connaissance des sols martiens serait vitale pour concevoir les trémies les plus efficaces et sans entretien. "Nous ne comprenons pas pourquoi les trémies se bloquent", explique Jenkins. Les confitures sont si fréquentes, en fait, que «sur Terre, chaque trémie a un marteau à proximité». Frapper sur la trémie libère la confiture. Sur Mars, où il n'y aurait que quelques personnes autour pour s'occuper de l'équipement, vous voudriez que les trémies fonctionnent mieux que cela. Jenkins et ses collègues étudient pourquoi les flux granulaires se bloquent.
Et puis il y a le transport: les Mars rovers Spirit et Opportunity ont eu peu de mal à parcourir des kilomètres autour de leurs sites d'atterrissage depuis 2004. Mais ces rovers ne sont que de la taille d'un bureau moyen et à peu près aussi massifs qu'un adulte. Ce sont des karts par rapport aux véhicules massifs éventuellement nécessaires pour transporter des tonnes de sable et de roches martiennes. Les gros véhicules auront plus de mal à se déplacer.
Sture explique: Dès les années 1960, lorsque les scientifiques ont étudié pour la première fois de possibles rovers solaires pour négocier des sables meubles sur la Lune et d'autres planètes, ils ont calculé «que la pression continue maximale viable pour la pression de roulement sur les sols martiens n'est que de 0,2 livres par pouces carrés (psi) », en particulier lorsque vous montez ou descendez des pentes. Ce faible chiffre a été confirmé par le comportement de Spirit and Opportunity.
Une pression de contact de roulement de seulement 0,2 psi «signifie qu'un véhicule doit être léger ou doit avoir un moyen de répartir efficacement la charge sur plusieurs roues ou voies. La réduction de la pression de contact est cruciale pour que les roues ne creusent pas dans le sol mou ou ne traversent pas les croûtes [de minces feuilles de sols cimentés, comme la fine croûte sur la neige soufflée par le vent sur Terre] et restent coincées.
Cette exigence implique qu'un véhicule pour déplacer des charges plus lourdes - personnes, habitats, équipements - pourrait être "une énorme chose de type Fellini avec des roues de 4 à 6 mètres (12 à 18 pieds) de diamètre", explique Sture, se référant au célèbre italien. réalisateur de films surréalistes. Ou il pourrait avoir d'énormes marches métalliques à mailles ouvertes comme un croisement entre des rétrocaveuses de construction routière sur Terre et le rover lunaire utilisé pendant le programme Apollo sur la Lune. Ainsi, les véhicules à chenilles ou à ceinture semblent prometteurs pour transporter de grandes charges utiles.
Un dernier défi auquel sont confrontés les physiciens granulaires est de trouver un moyen de faire fonctionner l’équipement pendant les tempêtes de poussière saisonnières sur Mars. Les tempêtes martiennes fouettent de la poussière fine dans l'air à des vitesses de 50 m / s (100+ mph), parcourant chaque surface exposée, tamisant dans chaque crevasse, enfouissant les structures exposées naturelles et artificielles, et réduisant la visibilité à des mètres ou moins. Jenkins et d'autres chercheurs étudient la physique du transport éolien [du vent] de sable et de poussière sur Terre, à la fois pour comprendre la formation et le déplacement des dunes sur Mars, et aussi pour déterminer quels sites d'habitats éventuels pourraient être le mieux protégés des vents dominants ( par exemple, sous le vent de gros rochers).
Pour en revenir à la grande question de Jenkins, "comprenons-nous assez bien le traitement granulaire pour le faire sur Mars?" La réponse troublante est: nous ne savons pas encore.
Travailler avec des connaissances imparfaites est acceptable sur Terre parce que, généralement, personne ne souffre beaucoup de cette ignorance. Mais sur Mars, l'ignorance pourrait signifier une efficacité réduite ou pire empêcher les astronautes d'extraire suffisamment d'oxygène et d'hydrogène pour respirer ou utiliser pour que le carburant retourne sur Terre.
Les physiciens granulaires analysant les données des rovers martiens, construisant de nouvelles machines à creuser, bricolant avec des équations, font de leur mieux pour trouver les réponses. Tout cela fait partie de la stratégie de la NASA pour apprendre à se rendre sur Mars… et vice versa.
Source d'origine: [protégé par e-mail]
