Forage alternatif dual de régolithe extra-terrestre : évolution d'une solution bio-inspirée

par Thibault Gouache

Thèse de doctorat en Mécanique des structures. AutomatiqueMécanique des structures. Automatique

Sous la direction de Yves Gourinat et de Yang Gao.

Soutenue en 2011

à Toulouse, ISAE en cotutelle avec l'University of Surrey .

mots clés

• Forage planétaire
• échantillon extra-terrestre
• Mécanique de pénétration
• Dérapage
• Slippage
• Méthode de préparation de régolithe
• Simulant régolithe
• Densité relative
• Exploration du système solaire
• Simulation numérique
• Méthode par éléments discrets
• Graphical processing units
• Carte graphique
• Forage
• Altérites
• Simulation par ordinateur

Résumé

Identifier des traces de vie sur la Lune ou sur Mars requiert des forages. Les contraintes très fortes sur les systèmes spatiaux et les environnements à faible gravité nuisent aux performances des foreuses rotatives. Une solution innovante a été identifiée chez un insecte qui creuse dans le bois pour déposer ses œufs. Des tests ont montré la faisabilité d’imiter cet insecte pour creuser sans force ou appui extérieur. Ce doctorat poursuit le développement du concept de forage bio-inspiré surtout pour forer dans le régolithe extra-terrestre. Cette nouvelle technique est nommée « Dual Reciprocating Drilling » (DRD). Tout d’abord, des simulants de régolithe lunaire et martien ont été testés ainsi que leurs méthodes de préparation. DRD a été testé pour la première fois dans du régolithe. L’importance du dérapage (slippage en anglais) a été identifiée. Des mécanismes de pénétration du régolithe par le DRD ont été proposés. Une seconde expérience a permis de raffiner les mécanismes de pénétration du régolithe. L’importance des mouvements latéraux lors du forage a été identifiée. Finalement un code utilisant les éléments discrets a été implémenté sur des GPU (Graphical Processing Units) permettant la première simulation d’interaction tête de forage - régolithe avec plus d’un million de particules. Avant ces travaux, DRD était vu comme capable de développer sa propre force de progression. Dans le régolithe DRD a besoin d’une force externe pour progresser. Cependant DRD permet de réduire cette force (grâce aux mouvements latéraux). Une proposition d’architecture système reflétant cette nouvelle compréhension a été faite.

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