Des combinaisons spatiales aux vaisseaux spatiaux, les composites et les polymères spéciaux de Solvay sont hors de ce monde

Un demi-siècle après que le premier homme ait posé le pied sur la lune, la course à l'espace est toujours aussi forte, et Solvay est toujours là pour la soutenir ! 
 
Beaucoup de choses ont changé depuis le début des années 50 et 60, lorsque l'URSS et les États-Unis étaient en concurrence serrée pour mener des programmes spatiaux très avancés. Dans les années 2020, on observe un regain d'enthousiasme pour la course à l'espace, avec un nombre croissant de pays ainsi que de sociétés privées qui font progresser la technologie dans le domaine des applications de lancement.

Aux États-Unis, la NASA prévoit que ses astronautes retournent sur la lune d'ici 2024 et a annoncé un budget de plus de 25 milliards de dollars pour son programme d'exploration spatiale humaine en 2021. "Nous continuerons à fournir à nos clients des solutions matérielles pour surmonter les environnements les plus difficiles que l'industrie spatiale connaîtra lors des futures missions", déclare Dan Eskelsen, Product Portfolio Manager pour Solvay Composites Materials. "Les matériaux Solvay étaient à bord de la mission Apollo 11 qui a envoyé pour la première fois des hommes sur la lune ; nous soutiendrons les futurs voyages vers la surface lunaire".

Les exigences des clients en matière de lancement et d'espace sont strictement centrées sur la qualité et la fiabilité.  Avec les vols spatiaux habités et les charges utiles très coûteuses, ils doivent fonctionner comme prévu, à chaque fois. Grâce à notre grande expérience de plus de 50 ans et à notre engagement en faveur de la qualité des produits, nos clients continuent à compter sur Solvay comme partenaire pour assurer le succès de leurs missions.

Une longue liste de matériaux leaders sur le marché

Space shuttle lifting off

Saviez-vous que des matériaux Solvay se trouvaient à bord de la mission Apollo 11 qui a envoyé des hommes sur la lune pour la première fois ? Le polymère Udel® polysulfone (PSU) du Groupe a été développé en 1965, juste à temps pour être utilisé pour fabriquer les visières des combinaisons spatiales de Buzz Aldrin et Neil Armstrong lorsqu'ils ont posé le pied sur la lune en juillet 1969. Le PSU Udel® a été le matériau de choix grâce à son plastique dur et transparent qui peut résister à des températures extrêmement élevées.

Mais les escapades de Solvay dans l'exploration spatiale remontent à bien plus loin que cela... dans les années 1950, les scientifiques travaillant sur les tout premiers programmes spatiaux recherchaient des matériaux capables de résister aux températures incroyablement élevées produites par les moteurs de fusée et la rentrée dans l'atmosphère terrestre. Leurs recherches les ont amenés à identifier certains matériaux utilisés dans l'industrie du soudage produit par, vous l'avez deviné : Solvay.

Ces matériaux étaient des ablatifs. Ils constituent les systèmes de protection thermique (TPS) d'une tuyère de moteur-fusée : lorsque les gaz chauds sortent du moteur-fusée, le matériau ablatif se carbonise, ce qui crée une couche d'isolation thermique supplémentaire protégeant la structure de la tuyère. Nos ablatifs ont été utilisés dans de nombreux programmes spatiaux historiques - Gemini, Saturne et Apollo pour n'en citer que quelques-uns. Ils étaient présents dans le moteur de la fusée qui a ralenti le module lunaire qui a permis à Neil Armstrong et à ses collègues astronautes de se poser en toute sécurité sur la lune en 1969. Des années 1970 à 2011, Solvay a soutenu les tuyères des moteurs à propergol solide (SRM) de la navette spatiale de la NASA, avec plus de 14 500 kg de matériaux ablatifs pour chaque lancement. "Les matériaux ablatifs de Solvay doivent fonctionner sans faille à chaque fois pour assurer le succès de la mission", résume Dan.

Dans la tuyère également, où le flux des gaz propulseurs en combustion fait avancer la fusée, Solvay fournit plusieurs matériaux essentiels à son fonctionnement. Par exemple, le Cycom® 6001, un matériau en verre phénolique qui est enroulé sur le cône de sortie de la tuyère pour assurer l'intégrité structurelle et thermique (n'oubliez pas que les gaz propulseurs atteignent 2 000 °C et sortent à des vitesses hypersoniques) et le Cycom® 934, qui est utilisé pour les composants du joint flexible permettant à la tuyère de se déplacer tout en scellant les gaz chauds, ce qui permet de diriger la fusée.

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Un petit pas pour les polymères...

Au-delà des ablatifs, d'autres matériaux Solvay sont utilisés par l'industrie spatiale, notamment les composites qui offrent l'avantage de remplacer le métal tout en permettant un gain de poids considérable, contribuant ainsi à résoudre l'un des plus grands défis de l'industrie aérospatiale. En fait, l'exploration spatiale n'est qu'un autre domaine du transport où les matériaux composites de Solvay offrent de précieuses possibilités d'allègement.

On en trouve un exemple dans la fabrication des carénages de charge utile, les nez protecteurs qui protègent la charge utile (généralement un satellite) envoyée dans l'espace. L'allègement n'est pas une mince affaire dans ce domaine. "Pour les applications spatiales, le poids est particulièrement important car chaque kilo supplémentaire coûte environ 10 000 dollars pour le lancement en orbite terrestre", explique Dan. "Les composites utilisés dans les applications structurelles spatiales présentent souvent des caractéristiques particulières pour l'utilisation dans l'espace, mais ils ont une ressemblance avec les matériaux utilisés pour la fabrication des avions".

Le premier fabricant mondial de carénages de charge utile, la société d'ingénierie suisse RUAG, utilise les préimprégnés et les systèmes de résine de Solvay, en particulier la résine époxy MTM®46. Ce produit a été spécialement développé pour des applications extrêmes telles que les programmes spatiaux : il offre une rigidité, une résistance aux chocs et des performances thermiques qui sont en fait supérieures à celles du métal. Grâce à ce matériau, non seulement ces énormes carénages (ils peuvent mesurer plus de 25 mètres de long) sont 30 % plus légers que leur équivalent en métal - ce qui signifie que les fusées consomment moins de carburant et que les charges utiles peuvent être plus lourdes - mais ils sont également moins chers et plus faciles à fabriquer.

En effet, le MTM®46 est un thermodurcissable hors autoclave (OoA) : vous pouvez le faire cuire dans un énorme four plutôt que dans un autoclave à haute température (et très coûteux), qui ne peut pas accueillir de très grandes pièces. Ainsi, RUAG peut fabriquer ses carénages de charge utile en seulement deux moitiés au lieu de 18 à 20 pièces qui doivent être assemblées, ce qui permet de gagner du temps et de l'argent tout en réduisant les possibilités de défauts. Un tel système composite OoA à haute performance est une création de Solvay et est unique sur le marché.

Solvay a été présent très tôt sur le marché spatial, offrant le plus vaste portefeuille de produits dédiés aux applications spatiales, combiné à  une base de données sur les matériaux haute performance la plus exhaustive de l’industrie.

Don Wantock, Product Portfolio Manager - Solvay Composite Materials

Le ciel n'est pas la limite

De même, l'énorme avion spatial de Stratolaunch a eu largement recours à notre technologie de préimprégné VTM® 264 (aujourd'hui abandonnée) pour sa structure primaire, son fuselage, les revêtements des ailes, etc. Dans des proportions plus faibles, les matériaux Solvay sont également utilisés pour les antennes et les structures de bus des satellites, et pour certaines pièces des capsules spatiales. Et les futurs lanceurs, en particulier dans le cadre des programmes ULA, utiliseront nos composites OoA.

Enfin, outre les composites, une autre catégorie de nos produits joue un rôle essentiel, bien qu'inattendu, dans les programmes spatiaux : les lubrifiants. Depuis 25 ans, le Fomblin® PFPE de Solvay est la solution de lubrification de référence pour les véhicules spatiaux construits par les agences américaines et européennes, notamment le Mars Pathfinder 1997 de la NASA et son célèbre Sojourner® Rover, pour lesquels une graisse utilisant le lubrifiant de Solvay a été spécialement formulée.

Il est clair que dans un avenir proche, le développement de l'industrie spatiale ne fera que se poursuivre, offrant de nombreuses opportunités à Solvay et à ses matériaux de haute performance. Le rôle croissant joué dans l'industrie par les entreprises privées et le développement prochain du tourisme spatial (nous pourrions voir des touristes visiter la station spatiale dès 2023 !) sont des tendances profondes qui pousseront encore plus loin les développements et l'innovation, et nous continuerons à être à la hauteur de la tâche !

Plusieurs raisons expliquent pourquoi nous sommes restés l'un des principaux fournisseurs de composites pour l'industrie spatiale au cours des décennies : "En tant que pionnier des composites, Solvay a été très tôt impliqué dans le marché spatial, offre le plus large portefeuille d'options de produits dédiés aux applications spatiales, couplé à une base de données de matériaux haute performance la plus complète de l'industrie", résume Dan. "Nous nous réjouissons de travailler sur les défis liés à la prochaine génération de véhicules spatiaux".

En d'autres termes, quel que soit l'avenir de l'exploration spatiale, Solvay prévoit d'y participer.

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Des matériaux qui aident l'industrie spatiale à atteindre une meilleure efficacité énergétique