Impression 3D de nanocomposites de graphène ultrarésistants et légers à des fins d'applications aérospatiales

Les réussites qui sont survenues récemment en ce qui concerne le transport d’astronautes vers la Station spatiale internationale et le recyclage du véhicule de lancement par une entreprise privée (SpaceX) ont symbolisé le début des transports commerciaux dans l’espace. Pour réaliser les futurs voyages commerciaux fréquents dans l’espace, il faudra des véhicules spatiaux faits de matériaux ayant un haut rendement structurel qui emballent, soutiennent et protègent la charge utile tout en réduisant les coûts et la complexité du système. Il faudra ainsi de nouveaux matériaux plus résistants, plus robustes, plus légers et moins coûteux que les composites à la fine pointe de la technologie, ainsi que des technologies de fabrication compatibles qui permettent la production d’ouvrages complexes. Les matériaux structuraux aérospatiaux de pointe, les polymères renforcés de fibre de carbone (PRFC), sont limités par leurs propriétés mécaniques intrinsèques (c.-à-d. la rigidité et la résistance à la traction) en raison de la nature microscopique des fibres de carbone et de leur procédé de fabrication manuel exigeant en main d’?uvre. Selon la NASA, les futures missions spatiales de transport, de débarquement et de soutien d’humains sur Mars nécessiteront des matériaux ayant un ratio rendement-poids nettement supérieur à celui des PRFC.
Le projet proposé vise à mettre au point une technologie de fabrication additive et évolutive à faible coût qui permettra de transformer le graphite en structures de nanocomposites de graphène très chargés présentant un ratio rendement mécanique-poids élevé à des fins d’applications aérospatiales. Une méthode pour préparer des solutions de graphène « imprimables en 3D (fluidification par cisaillement) » très concentrées à partir de graphite brut et une nouvelle méthode d’impression 3D par extrusion seront élaborées. La technologie permettra des capacités uniques, notamment la polymérisation in situ, le contrôle local de l’alignement de la nanostructure et l’impression de nanocomposites très chargés à la température ambiante, ce qui contraste avec les méthodes d’impression 3D établies pour les polymères et les nanocomposites.
La technologie d’impression 3D proposée contribuera à l’essor de deux principales industries du Québec, soit l’industrie minière et l’industrie aérospatiale, en créant un lien étroit avec ces deux industries traditionnellement liées de façon plus générale. Ce projet novateur jettera des bases en créant un prototype pour la transformation future à grande échelle du graphite en composantes aérospatiales et en créant un modèle d’affaires novateur pour l’exploitation minière du graphite, ce qui fera potentiellement du Québec le chef de file de cet effort et générera d’énormes avantages économiques pour le Québec et le Canada.