Les toilettes d’Artemis II sont-elles vraiment imprimées en 3D ?

La mission Artemis II a décollé le 1er avril avec quatre astronautes à bord pour le premier vol habité autour de la Lune depuis plus d’un demi-siècle. Ils ont emporté l’Universal Waste Management System (UWMS), les premières toilettes fonctionnelles à effectuer un vol habité dans l’espace lointain. Depuis lors, on décrit l’UWMS comme des toilettes « imprimées en 3D en titane ». Mais dans quelle mesure cette affirmation est-elle exacte ?

L’UWMS n’est pas un système nouveau. La société Collins Aerospace a commencé à le développer en 2015 dans le cadre d’un contrat avec la NASA d’environ 30 millions de dollars. Un premier exemplaire a rejoint la Station spatiale internationale en 2020 pour y être testé. La version qui a voyagé à bord de la capsule Orion lors de la mission Artemis II est une adaptation compacte de ce même modèle pour l’espace lointain.

Le système de toilettes installé à bord de l’ISS (crédits photo : NASA).

La fabrication additive, où intervient-elle ?

En septembre 2020, quelques jours avant l’envoi de l’UWMS vers l’ISS, la NASA a déclaré sur son compte Tumblr officiel que les toilettes spatiales comprenaient « un couvercle en titane imprimé en 3D pour son séparateur à double ventilateur ». Ce séparateur (Dual Fan Separator ou DFS) est le cœur mécanique de l’UWMS : il génère le flux d’air qui, en l’absence de gravité, entraîne les déchets vers les réceptacles de collecte.

À la même période, l’astronaute Andrew Morgan a donné plus de détails lors d’une conférence virtuelle avec la National Science Foundation, où il a déclaré que le système « présente en outre de nombreuses nouvelles technologies, parmi lesquelles des pièces en titane imprimées en 3D ».

Pourquoi recourir à l’impression 3D pour ces pièces ?

On manque encore de détails sur la fabrication, mais la logique de conception peut être déduite. Le couvercle du DFS présente une géométrie complexe : deux volutes distinctes pour chaque turbine, des canaux d’écoulement d’air avec des exigences de pression différentes et un logement pour le séparateur centrifuge avec son réducteur à engrenages. Produire cette géométrie en titane sous la forme d’une seule pièce, c’est le genre de cas où la fabrication additive se justifie. Le titane a été choisi pour sa résistance à la corrosion due au prétraitement acide de l’urine. L’impression 3D permet ici de remplacer un assemblage de plusieurs composants par une pièce unique, plus légère et avec moins de points de défaillance.

L’UWMS a connu plusieurs défaillances pendant Artemis II. Le contrôleur électronique du DFS a cessé de fonctionner une heure après le décollage. Quelques jours plus tard, l’urine a gelé dans la conduite de ventilation extérieure, et le centre de contrôle de mission a dû faire pivoter la capsule pour dégeler la conduite à l’aide de la lumière du soleil. Pour l’instant, rien n’indique que les pièces imprimées en 3D aient contribué à ces défaillances.

Pour Artemis III, où deux astronautes passeront plusieurs semaines sur la surface lunaire, l’UWMS devra faire mieux. Collins Aerospace et la NASA devront évaluer la fatigue, la corrosion et l’intégrité structurelle de chaque composant après les vibrations du lancement et l’exposition thermique de l’espace lointain. Si ces analyses couvrent aussi les performances des pièces fabriquées par impression 3D, on aura enfin un retour concret sur la tenue du titane imprimé en 3D au-delà de l’orbite basse.

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*Crédits photo de couverture : NASA/Bill Ingalls