Un caoutchouc adapté capable de rouler sur les routes martiennes
L’un des principaux défis des missions martiennes consiste à trouver des matériaux capables de conserver leurs propriétés et leurs performances dans une large plage de températures. L’atmosphère estimée de Mars étant environ 150 fois plus fine que celle de la Terre(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), elle ne peut pas stocker la chaleur aussi efficacement, ce qui entraîne des fluctuations de température quotidiennes de 50 à 100 °C (selon le site d’atterrissage choisi pour la mission). Ces conditions sont particulièrement délicates pour le caoutchouc des pneus ou des chenilles des rovers, qui permettent de voyager plus vite et plus loin, avec des charges plus lourdes. «Le 4 juin 2025, le rover Curiosity(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) a enregistré des changements de température quotidiens entre -79 et -30 degrés centigrades(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Même sous des fluctuations terrestres plus douces, les automobilistes passent souvent des pneus d’été aux pneus d’hiver, fait remarquer Rafal Anyszka(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), coordinateur du projet RED 4 MARS(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), qui a développé un caoutchouc capable de résister aux températures martiennes. Ces recherches ont été entreprises avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre).
Réinventer la roue (martienne)
Les rovers martiens roulent actuellement sur des roues en aluminium dont les parois sont minces pour les rendre plus légers, avec une vitesse maximale de 180 mètres par heure. Cependant, bien qu’ayant convenu aux rovers précédents, Curiosity est trop lourd pour des roues en aluminium qui ne peuvent pas dissiper l’énergie par «amortissement» comme le fait le caoutchouc, ce qui les rend encombrantes et peu fiables. «Pour faire simple: si nous voulons transporter des marchandises et des membres d’équipage à une vitesse raisonnable, nous avons besoin de rovers à roues en caoutchouc qui résistent aux contraintes», explique Rafal Anyszka de l’université de Twente(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), qui héberge le projet. Le projet a conçu un caoutchouc basé sur un mélange de deux élastomères(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre): le caoutchouc de silicone, le plus élastique, dont la température de transition vitreuse (en dessous de laquelle il perd son élasticité) est d’environ -125 °C, et le caoutchouc de butadiène, moins élastique mais doté de bonnes propriétés mécaniques et d’une bonne résistance à l’usure. Les essais ont permis d’obtenir le meilleur rapport entre les deux pour un mélange capable de conserver son élasticité à très basse température. Mais un problème subsistait: comme l’eau et l’huile, ces élastomères ne sont pas thermodynamiquement miscibles, c’est-à-dire qu’ils ne se mélangent pas. La solution a consisté à ajouter des particules de charge de noir de carbone, qui adsorbent les macromolécules des deux caoutchoucs et créent une structure unifiée au niveau microscopique. Mais l’ajout de grandes quantités de charges demande également l’utilisation d’auxiliaires de fabrication pour ajuster la viscosité des composés. «Les auxiliaires de fabrication sont généralement des huiles, mais comme les rovers ne sont pas transportés dans des conteneurs pressurisés, elles peuvent migrer à la surface du caoutchouc et s’évaporer dans le vide, contaminant ainsi le matériel. Nous avons donc trouvé une alternative dans le caoutchouc butadiène liquide», explique Rafal Anyszka. De plus, les élastomères nécessitaient également des additifs chimiques différents pour la vulcanisation qui est un processus de durcissement par lequel les molécules se lient chimiquement, formant un réseau qui réagit de manière élastique à la contrainte externe. L’équipe a développé un système classique à base de soufre, mais en utilisant une qualité spéciale de caoutchouc de silicone contenant une petite quantité de groupes vinyles insaturés, réactifs avec le soufre. Les deux prototypes de pneus qui ont résulté des ces développements ont été soumis à des essais mécaniques afin de détecter tout changement de comportement et ont tous deux conservé leurs propriétés viscoélastiques dans la plage de température la plus large possible(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). «Lorsque nous avons évalué le vieillissement probable de nos prototypes sur Mars, nous avons découvert qu’aux doses de radiation les plus élevées, ils pouvaient conserver leurs propriétés mécaniques pendant au moins 80 000 ans, une bonne surprise», souligne Rafal Anyszka.
De nouvelles applications pour des avantages plus terrestres
Les résultats de RED 4 MARS contribuent directement à la stratégie spatiale de l’UE pour l’Europe(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), en particulier aux ambitions visant à favoriser un secteur spatial européen plus innovant et plus compétitif au niveau mondial. Alors que les résultats du projet sont déjà disponibles(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et que des publications sont en attente, l’équipe est actuellement à la recherche de partenaires pour explorer les opportunités commerciales. «L’élasticité à basse température de notre caoutchouc en fait un candidat idéal pour diverses applications, telles que les missions polaires de recherche scientifique ou d’exploration des ressources. En outre, sa grande résistance à l’usure pourrait remplacer certaines applications actuelles en caoutchouc, et ainsi rédure la perte de microplastiques», explique Rafal Anyszka.
