Présentation
Les argiles, abondants au moins dans certaines régions (en particulier dans les terrains anciens), et permettront de fabriquer des briques, excellent matériau de construction. L’idée de l’utilisation de brique est séduisante car elle évite l’importation de matières première depuis la Terre, mais cela n’est réaliste que pour des petites constructions car la maçonnerie nécessiterait une consommation de main-d’œuvre très importante, à moins d’utiliser des robots-maçons.
Il est également possible de fabriquer un ciment de bonne qualité mécanique à partir de sol martien, qui est chargé en sels (sulfates de magnésium, chlorure de sodium) et riche en argiles. En mouillant ce sol on obtient après séchage un matériau (le duricrete) de résistance analogue au béton, mais plus sensible à la fracture, défaut qui peut être corrigé en ajoutant des fibres dans le mélange. A partir de ce matériau on peut couler toutes sortes d’éléments de construction, comme avec du béton.
Briques
Pour la fabrication des briques, il est nécessaire de simplement compresser dans un moule un mélange de sable, d’argile minérale et d’eau sans chauffage. Puis de faire sécher lentement, la brique crue obtenue.
Il faut ainsi appliquer une charge constante de 9,8 MPa. Ainsi on obtient des briques résistent à une force de 7,39 MPa. Cette résistance ne correspond pas aux normes Terrienne en matière de béton à usage routier. Cependant, sous la gravité martienne, il peut être utilisé comme matériau structurel primaire.
Duricrete
Tout d'abord un petit rappel : le ciment terrien est réalisé à partir de roches riches en calcaire, avec une forte concentration de calcium. Pulvérisé, puis mixé à quelques additifs, il est hydraté, ce qui le rend pâteux et le solidifie lentement. D'après les travaux de Lin, Casanova et Battacharja, le régolite martien est pauvre en CaO (environ 6%). Or, comme nous l'avons dit, le calcium est un élément indispensable au ciment. Pour enrichir la teneur en CaO, il y a plusieurs solutions. On peut par exemple utiliser un four à micro-ondes qui vaporise d'abord les autres oxides.
Le régolite martien est cependant riche en soufre. Celui-ci, probablement présent sous la forme d'un sulfate (groupement SO4) de quelque chose, peut être assez facilement récupéré sans dépenser trop d'énergie. Le soufre peut ensuite remplacer partiellement l'eau dans le processus de solidification, ce qui permet d'économiser le précieux liquide, mais aussi d'opérer dans des conditions extrêmes, c'est à dire avec un grand froid et une basse pression.
Voici donc la procédure de fabrication du ciment Martien :
Evaporation :
Utilisation d'un four micro-ondes à 2.45 GHz pour évaporer les oxides autres que CaO. Le creuset pourrait être fait de cuivre, refroidi à l'aide d'eau. Résultat attendu : CaO, SiO2, Al2O3.
Trempe :
Si le produit n'est pas bien lié, il faut le refondre avec un four électrique à 1400°. Ensuite, il faut tremper le produit pour le refroidir rapidement. De la glace d'eau pourrait être utilisée à cet effet.
Pulvérisation :
Il faut produire de la poudre en concassant le matériau obtenu et en le faisant passer à travers une grille pour s'assurer de la grosseur des grains.
Production de béton (2 méthodes sont possibles) :
Première méthode, en utilisant le ciment dont la production vient d'être présentée, la méthode DMSI (Dry Mix / Steam Injection) est directe. On mixe le ciment avec l'agrégat à l'état sec, puis on expose le tout à une vapeur d'eau maintenue à 180° dans un environnement confiné. Cette méthode semble donner de bons résultats au niveau de la résistance (700 kg/cm²) par rapport à une méthode plus conventionnelle où le ciment est d'abord hydraté avant d'être mixé à l'agrégat.
Seconde méthode, on prend du soufre à la place du ciment et de l'eau. Ce dernier est mixé à l'agrégat à haute température. Le produit, pâteux (en somme, c'est d’une sorte de lave !?) se solidifie assez rapidement avec une rigidité de 80% de sa capacité au bout de 24 heures. Ce "béton" peut être utilisé à très basse température.
Ainsi, Lin Wan et son équipe de l’Université Northwestern ont fait des essais en décembre 2015 sur un béton fait de régolite martien simulé et de souffre.
La question était de savoir si ce béton est assez solide pour les conditions martiennes. Pour le savoir, Wan et son équipe ont utilisé un sol martien simulé, composé principalement de dioxyde de silicium et d’oxyde d’aluminium avec d’autres composants tels que de l’oxyde de fer, du dioxyde de titane, etc. Ils ont également testé différentes tailles de particules.
Après avoir fait plusieurs mélanges d’agrégats et de soufre fondu et obtenu différents blocs de béton, ils ont mesuré leurs propriétés physiques comme la résistance à la compression.
Les résultats montrent que l’utilisation d’un agrégat de plus petites particules réduit la formation de vides, ce qui augmente considérablement la résistance du matériau. « Le meilleur mélange pour la production de béton martien est de 50% de soufre et 50% de sol martien avec une taille maximale agrégée de 1 mm ».
Si la substance est comprimée pendant le durcissement, on diminue encore la formation de vides, et on obtient une résistance à la compression supérieure à 50 MPa ! En comparaison, sur Terre les normes de constructions résidentielles exigent un béton avec une résistance à la compression autour de 30 MPa. Outre sa force, un autre avantage de ce béton est qu’il peut être recyclé par chauffage. On peut faire fondre le soufre pour le récupérer et le réutiliser à plusieurs reprises ; il est extrêmement facile à manipuler.
