Mechanism of Mold-Induced Degradation of Silicone Rubber Under Microgravity in Space Environment

À l'intérieur des cabines scellées et climatisées d'une station spatiale, une bataille silencieuse se joue entre la technologie humaine et la vie microscopique qui voyage inévitablement avec nous. Le caoutchouc de silicone, un matériau prisé pour sa flexibilité et sa capacité à résister à des températures extrêmes, sert de scellant critique qui maintient l'air à l'intérieur et empêche le vide de l'espace de s'engouffrer. C'est le héros méconnu qui maintient ensemble les systèmes de support de vie et les composants électriques. Cependant, ce matériau n'est pas immunisé contre les minuscules champignons qui voyagent clandestinement sur les astronautes et l'équipement. Dans l'environnement chaud, humide et riche en nutriments d'un engin spatial, ces champignons peuvent s'installer sur les surfaces en caoutchouc, se nourrissant des additifs organiques laissés lors de la fabrication. La question pour les ingénieurs a longtemps été de savoir si les conditions uniques de l'espace — spécifiquement l'absence de gravité — modifieraient la manière dont ces organismes attaquent leur hôte. L'environnement flottant et sans poids rendrait-il le caoutchouc plus vulnérable, ou protégerait-il d'une manière ou d'une autre le matériau en perturbant la capacité de croissance des champignons ?

Pour répondre à cela, des chercheurs du programme spatial chinois et d'universités ont mené une comparaison directe, envoyant des échantillons de caoutchouc de silicone en orbite à bord du vaisseau spatial Shenzhou, tout en conservant des échantillons identiques sur Terre. Ils ont inoculé les deux ensembles d'échantillons avec une moisissure commune connue sous le nom d'Aspergillus brasiliensis, un champignon que l'on trouve souvent dans le sol et la végétation en décomposition. Les échantillons spatiaux ont passé quatre-vingt-dix jours dans la véritable microgravité de la station spatiale chinoise, tandis que les échantillons terrestres ont poussé dans un environnement de laboratoire contrôlé qui imitait la température et l'humidité de la station. En ramenant les échantillons spatiaux sur Terre et en les analysant aux côtés de leurs jumeaux terrestres, l'équipe a pu observer exactement comment l'absence de gravité a influencé le comportement de la moisissure et les dommages consécutifs au caoutchouc.

Les résultats ont révélé une différence surprenante dans le comportement de la moisissure selon les deux environnements. Sur Terre, la moisissure a prospéré. Les spores, qui sont les minuscules unités reproductives du champignon, se sont déposées massivement sur la surface du caoutchouc, formant des amas denses. En croissant, elles ont sécrété une quantité importante d'acides organiques, incluant un type spécifique appelé acide butyrique. Ces acides ont agi comme un solvant chimique, pénétrant le caoutchouc et décomposant sa structure interne. Les chercheurs ont constaté que la quantité totale d'acide produite par la moisissure basée au sol était dix fois supérieure à celle produite par la moisisse dans l'espace. Cette agression chimique a entraîné des dommages visibles : la surface du caoutchouc est devenue rugueuse, piquetée et écaillée, perdant son fini lisse et, de manière cruciale, sa capacité à résister au flux d'électricité. Les propriétés d'isolation du matériau sont passées d'environ 600 kΩ·cm à environ 330 kΩ·cm, soit une réduction de près de 50 %, signe que ses chaînes moléculaires internes avaient été gravement compromises.

En revanche, la moisissure dans l'espace a eu du mal à établir un ancrage. Sans la gravité pour tirer les spores vers le bas et les maintenir déposées sur la surface, le liquide contenant les spores se comportait différemment, étant principalement dirigé par la tension superficielle. Cela a provoqué le regroupement des spores uniquement aux bords des gouttelettes de liquide plutôt qu'une répartition uniforme sur le caoutchouc. Par conséquent, la moisissure dans l'espace est restée clairsemée et largement inactive. Elle a produit très peu d'acides organiques dommageables, et la surface du caoutchouc est restée largement intacte. Bien qu'il y ait eu quelques fissures mineures là où le liquide avait séché, le matériau n'a pas subi l'érosion généralisée observée sur Terre. Les chercheurs ont confirmé cela en examinant le caoutchouc sous des microscopes puissants et en utilisant la lumière pour détecter les changements chimiques ; les échantillons spatiaux présentaient beaucoup moins de signes de la décomposition moléculaire qui caractérise la décomposition fongique.

L'étude conclut que l'environnement de microgravité modifie considérablement le processus de dégradation, entraînant moins de dommages matériels par rapport aux conditions terrestres. L'absence de gravité empêche la moisissure de former les colonies denses et productrices d'acide qui sont si destructrices sur Terre. Au lieu d'une couche uniforme de décomposition, l'environnement spatial produit une colonisation parcellaire et faible qui laisse le matériau avec un degré de dégradation moindre. Cette découverte est vitale pour l'avenir des vols spatiaux de longue durée, car elle suggère que les joints en caoutchouc de silicone pourraient subir moins d'usure biologique en orbite qu'en conditions terrestres. Elle offre aux ingénieurs une image plus claire de la façon dont les matériaux vieillissent dans l'espace, leur permettant de concevoir de meilleures stratégies de protection et de garantir que les joints critiques qui protègent les astronautes restent fiables pendant des années.