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Optimisation du refroidissement d’un outil de découpe dans l’espace

L’idée de miner les astéroïdes fait beaucoup fantasmer, et de nombreuses idées ont été lancées sans qu’aucune n’ait été mise en pratique pour l’instant. Néanmoins plusieurs entreprises s’intéressent au minage des astéroïdes pour en exploiter les ressources (Planetary Resources, Deep Space Industries, TransAstra ou encore Asteroid Mining Corporation). Ces entreprises disent développer des stratégies concrètes pour exploiter les ressources minérales présentes sur certains astéroïdes proches de l’orbite terrestres. Le minage d’astéroïdes offrirait notamment un recours à la pénurie de métaux rares prédite sur Terre.

Sans prendre en compte la faisabilité économique d’un tel projet, le minage des astéroïdes pose de nombreux problèmes techniques par rapport au minage sur Terre. L’un des principaux problèmes est l’absence d’atmosphère qui empêche le refroidissement des outils de minage par convection et conduction comme c’est le cas sur Terre : c’est ce problème que nous avons choisi d’étudier, avec notre équipe de 6 étudiants en deuxième année à l’Ecole polytechnique.

Nous étudions un système de dissipation de la chaleur par rayonnement thermique, qui est le seul moyen pour évacuer la chaleur du système en l’absence de convection. Ce système est déjà utilisé dans l’ISS mais nécessite de grandes surfaces de rayonnement. Nous voudrions pouvoir rendre ces surfaces plus compactes et donc moins coûteuses à transporter en les plissant à la manière d’une feuille froissée. Cependant, si la surface est très plissée, une partie du flux émis est réabsorbée par les surfaces en regard, ce qui induit une compétition entre l’augmentation de la surface par plissement et la capacité à dissiper efficacement la chaleur. Il est donc nécessaire d’optimiser la forme de cette « voile rayonnante ». Pour ce faire, nous utilisons un algorithme génétique qui s’inspire de la théorie de l’évolution : le principe est de faire subir à la surface des modifications géométriques aléatoires (des « mutations ») en ne les conservant que si elles permettent d’améliorer la forme finale. Nous espérons ainsi obtenir une structure originale proche de la forme optimale.

Parallèlement, nous procédons à des expériences de découpe d’échantillons métalliques afin de connaître un ordre de grandeur du flux de chaleur transmis à l’outil de découpe, c’est-à-dire le flux à évacuer. Nous travaillons à cet effet en liaison directe avec le Laboratoire de Mécanique des Solides (LMS) de l’Ecole polytechnique.