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La colonisation de l'espace

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Les voyages interstellaires (V)

On peut aussi rêver... tout en gardant les pieds sur terre. C'est du moins ce qu'ont toujours pensé les pionniers et les créateurs de notre futur. Voyons donc d'abord les "bonnes nouvelles" en cette matière.

Du rêve à la réalité

En moins d'un siècle nous sommes passés du moteur à explosion au moteur magnéto-plasmique, nous avons découvert l'antimatière et sommes capables de la contrôler. Hier nous voyagions d'une capitale à l'autre en train ou en bâteau, aujourd'hui on peut y aller en avion supersonique. On a marché sur la Lune et demain on explorera Mars. Les progrès techniques avancent à pas de géants et nous en bénéficions tous un jour ou l'autre.

Le coût, l’encombrement et les performances des composants électroniques suivent la même évolution : les prix diminuent de moitié tous les 2 ans selon la loi de Moore et une tendance, militaire, voudrait que cela diminue ainsi tous les 15 à 18 mois.

Ainsi, dans les années 1960, un mégabyte de mémoire coûtait 1 million de dollars. Au tournant de l'an 2000 il coûtait moins de 20$ et aujourd'hui ça ne se vend même plus car pour ce prix on vous offre... 10 GB de mémoire ![13]

Les mémoires des ordinateurs doublent de capacité tous les 2 ans tandis que le poids de l’électronique embarquée a chuté d’un facteur 10 en l’espace de 30 ans. Un ordinateur des années 1960 tient à présent à l’aise dans le processeur d’un smartphone !

Le concept de Ramjet de Robert Bussard (1960) propulsé grâce à l'hydrogène qu'il capture dans le milieu interstellaire.

Sur ces prouesses technologiques se greffe le prix des charges utiles. En l'an 2000, la mise en orbite de transfert géostationnaire d’un kilo coûtait entre 12 et 30000$ selon l'agence et les moyens utilisés.

En 2015, avec les nouveaux lanceurs plus performants et moins chers, ce prix varie entre 4100$ (Falcon 9v1) et 10500$ (Ariane V). S'il y a une génération l’espace se vendait à prix d’or et était réservé aux grandes nations, aujourd'hui il devient accessible au secteur privé. Mais cela reste encore bien plus cher que les 700$ le kilo calculés en 1978 par le physicien américain Peter J. Vajk[14].

L’exploration spatiale reste très coûteuse et les missions toujours à risque. En revanche, cette aventure incite les constructeurs à mettre au point des technologies toujours plus performantes et des systèmes d’un poids plus faible ou plus compacts à budget constant.

A l'époque (années 60-70), les projets les plus ambitieux envisageaient de construire en orbite des vaisseaux interstellaires pesant jusqu'à 1040 tonnes, poids nécessaire pour effectuer une exploration de la Voie Lactée à vitesse relativiste compatible avec l’espérance de vie humaine !

Enfin, il y avait les projets démesurés de G.San qui imaginait des colonies spatiales de 20 km de longueur et 12 km de diamètre capables de traverser la Voie Lactée à 900 km/s... Si la taille de tels vaisseaux paraît irréaliste, nous verrons que leur vitesse est tout à fait accessible à la technologie actuelle.

Bien sûr, sur papier de tels projets ne demandent pas beaucoup de ressources, juste un peu d'imagination. Mais à côté des problèmes de propulsions et/ou de carburant, des accélérations et de la durée du voyages plus ou moins passées sous silence, ces auteurs ont tous laissé de côté une question essentielles du vol spatial : le coût d'une mission interstellaire.

Le coût d'une mission interstellaire

L'argent dirigeant le monde et nos rêves de conquête, étant donné les technologies embarquées et la taille du vaisseau, le coût d'une mission interstellaire habitée est littéralement astronomique, rendant malheureusement un tel projet irréalisable. À titre indicatif rappelons déjà ce qu'ont coûté les grandes aventures humaines des cinq derniers siècles en termes financiers mais également humains.

Coût de quelques projets et missions d’exploration

(en USD 2015, inflation moyenne de 2% et donc sous-estimée)

Mission

Coût total

Coût/homme (ans)°

Projet Orion (vaisseau interstellaire)

15 millions

625

Christophe Colomb 1492

16 millions

667

Projet génomique HUGO (2006)

16.5 millions

687

Mayflower 1620

47 millions

1 958

Télescope VLT de l’ESO de 8.2 m

350 millions

14 600

La mission MRO sur Mars

750 millions

31 250

Fonctionnement du CERN

1.18 milliard

49 167

Skylab (Saturn V)

4.26 milliards

177 500

Les navettes spatiales US

4.7 milliards

195 833

Télescope spatial JWST

9.7 milliards

404 166

Un vol habité vers Mars (2024)

40 milliards

1 666 667

La future base lunaire

90 milliards

3 750 000

Les 17 missions Apollo

115 milliards

4 791 667

Station Spatiale Internationale

150 milliards

6 250 000

Plan Marshall (1948-1952)

>175 milliards

7 291 667

Mission habitée vers Mars (1989)

800 milliards

33 333 333

° Les valeurs reprises dans la 3e colonne correspondent à l’estimation du nombre d’années qu’aurait dû travailler une personne de classe moyenne pour se payer ce projet sur ses économies, à savoir 24000$/an. En l’espace de 5 à 10 ans un salarié moyen peut monter sa propre expédition. Au-delà de 0.1 à 1 million de dollars, il doit trouver un financement externe, notamment des mécènes. Skylab n’est même plus à la portée d’une seule entreprise et son coût dû être supporté par l’Etat américain, certains modules ayant même été pris en charge par d'autres nations. Le prix à payer sera à ce point “extravagant” pour reprendre les mots de O’Neill pour les futures missions d’explorations que ces projets ne pourront être supportés que par la communauté internationale. Toutefois, toutes ces expéditions coûtent moins de 1% du produit national des pays participants[15]. C’est la fiabilité technique et les problèmes liés à la préservation de la vie humaine qui rendent les vols habités si chers et si souvent remis en question.

Ainsi qu'on le constate, les programmes les plus ambitieux comme le programme Apollo et le futur voyage habité vers Mars exigent le plus de ressources et des budgets à la limite des capacités des nations. Autrement dit, les plus ambitieux sont des programmes qui affectent la politique spatiale d'un pays durant près d'une décennie et mobilisent plusieurs centaines de milliers d'experts à travers le monde, un coût équivalent-homme qui se chiffre en millions d'années !

Les experts reconnaissent que si l'humanité veut un jour explorer les étoiles elle devra maîtriser le vol relativiste ou idéalement être capable de "recourber" l'espace-temps ou de fabriquer des trous de vers. Si les deux dernières inventions paraissent utopiques, nous allons voir que le vol relativiste est à notre portée.

Le vol relativiste

Si on évalue les défis qui devront être surmontés pour franchir ces seuils technologiques (car il faut tenir compte des contraintes imposées par l'immensité des distances dans l'univers et la théorie de la relativité - la vitesse constante de la lumière), ces dates paraissent bien optimistes voire carrément surréalistes pour mener à bien un projet aussi ambitieux qu'une exploration des systèmes planétaires proches ou une colonisation de la Galaxie.

Distorsions optiques dans un vaisseau relativiste à 0.8c. Le champ de vision à tendance à rétrécir et se déformer vers l'avant du vaisseau tandis que la lumière se décale vers le bleu. Document NASA/GRC.

A une époque où le tourisme spatial sera probablement devenu aussi banal qu'un vol en avion, il est probable que les progrès technologiques permettront de concevoir des moteurs et des matériaux très performants, peut-être même capables de s'auto-assembler. Il est aussi possible qu'on puisse fabriquer des vaisseaux spatiaux capables de résister aux effets mécaniques des vitesses relativistes. Finalement, ce n'est qu'une question de temps et d'argent.

Mais même dans ce cadre idéal et en étant optimiste, le vol relativiste impose ses propres contraintes : les questions de la transformation d'énergie, de la masse embarquée, de la durée du voyage, de la sécurité et de la fiabilité des systèmes restent à résoudre et nous n'avons pas encore la moindre ébauche d'un début de technologie relativiste.

Il ne faut pas imaginer qu'un vaisseau spatial relativiste démarre en quelques secondes à la "vitesse lumière" car le choc serait fatal et le ferait exploser car les matériaux ne résisteraient pas à l'accélération. Nous pouvons comprendre aisément ce phénomène en observant ce qui se passe à bord des véhicules les plus rapides et des avions de chasse.

Une voiture électrique comme la Telsa Model S P100D de 2017 développe 980 Nm soit 3 à 5 fois plus qu'une voiture classique pour une puissance de 613 ch. Elle parcourt 100 mètres en 2.37 secondes. Le couple maximum (torque) étant immédiatement disponible, l'accélération est tellement puissante au démarrage qu'à force de subir ces accélérations le conducteur à mal aux bras et à la tête et ne supporte pas cet exercice plus de quelques fois. Même dans un avion de chasse, les pilotes évitent de "prendre des g" inutilement alors que cela ne dépasse jamais 9 à 12 g positifs en virage serré, valeurs au-delà desquelles ils perdent connaissance. Au-delà de 50 g c'est la mort assurée (notons que dans des montagnes russes, on peut supporter des accélérations variant entre -2 g et 2.5 g). Pour le confort de l'équipage comme des passagers, dans un vaisseau relativiste l'accélération ne peut en aucun cas dépasser 1 g. Comment dans ce cas atteindre des vitesses relativistes ?

La solution consiste à utiliser un propulseur classique équipé de suffisamment de pergols (ou un moteur nucléaire, électrostatique ou encore à l'antimatière) pour accélérer constamment le vaisseau à 1 g (9.81 m/s2) sur la moitié du trajet (et la moitié du retour) tout en créant une gravité artificielle, ce qui permet au vaisseau d'atteindre une vitesse voisine de celle de la lumière. Ainsi, après 90 jours de vol à 1 g, le vaisseau atteindrait 25% de la vitesse de la lumière ou 0.25c. Au bout de 5 mois, le vaisseau aurait parcouru 0.1 année-lumière mais le temps s'écoule déjà 10% plus vite que sur Terre (facteur γ = 1.1, cf. la relativité restreinte). Il faut attendre 354 jours pour que le vaisseau franchisse la vitesse de la lumière et parcourt ~300000 km/s ! Le facteur γ = 1.54. Mais ce n'est qu'une apparence car vu de la Terre le vaisseau se déplace à 0.76c. Ce n'est qu'au 473e jour que le vaisseau franchit sa première année-lumière mais il s'est écoulé 962 jours soit 2 ans et 7 mois sur Terre. Et ainsi de suite. A mi-distance le vaisseau freine à raison de 1 g. On peut ainsi atteindre l'étoile de Barnard située à 10 années-lumière en 1102 jours soit à peine 3 ans de vol (mais il s'est écoulé 11 ans sur Terre). Au retour sur Terre, la population aura vieilli de 25 ans par rapport à l'équipage ! Notons qu'un vaisseau comme le Daedalus pourrait atteindre la vitesse de 0.12c et atteindrait Proxima du Centaure en à peine 36 ans. Consultez les feuilles Excel ci-dessous pour quelques simulations.

Accélération constante à 1 g

Relativité - Facteur Gamma

Calculatrices en ligne de Omni Calculator :

Space Travel - Time Dilation - Length Contraction

Durée d’un voyage interstellaire relativiste

Durée de l’aller-retour (années)

Distance atteinte

à bord

sur Terre

(années-lumière)

5

6.5

1.7

10

24

9.8

20

270

137

30

3 000

1 450

40

36 000

17 600

50

420 000

208 000

60

5 000 000

2 400 000

Ainsi que l’a très bien expliqué le romancier américain A.E.Van Vogt dans sa fiction “Centaure lointain”, si on ne parvient pas à inventer une technologie capable de "recourber" l'espace-temps afin de réduire les distances et la durée des vols (système Warp), on ne pourra jamais s’affranchir de la vitesse finie de la lumière, le retour éventuel sur Terre s'accompagnant du fameux "paradoxe des jumeaux".

Ce tableau indique la durée relative d’un voyage interstellaire pour une fusée propulsée à une vitesse relativiste et subissant une accélération constante de 1 g jusqu’à mi-chemin, puis décélérant jusqu’à l’arrivée.

Extrait de E.Davoust, “Silence au point d’eau”, Teknea, 1988, p69.

Pour des vaisseaux spatiaux très légers ou des nanosondes de quelques dizaines de centimètres carrés et pesant 1 g, on peut aussi utiliser une propulsion photonique - une voile - qui permettrait de les accélérer assez rapidement grâce à la pression de radiation des photons. Selon Jerome Wright, auteur d'un livre sur les voiles spatiales, la force totale exercée sur une voile photonique de 800 x 800 m par exemple est d'environ 5 Newtons soit 4.9 Kg à la distance de 1 UA (à hauteur de la Terre), équivalente à celle d'un moteur électrique mais sans être équipée de moteur.

Concept de voile à laser gamma de 200 km de rayon développant plus de 1.5 GW/m2 et capable d'atteindre 0.5c en accélérant à 0.3 g. Document T.Lombry.

On peut aussi propulser une voile grâce à un faisceau laser comme le proposa le physicien Robert L. Forward (cf. Yoji Kondo et al., 2003). L'un des concepts proposés présenté à gauche consiste en une voile photonique de 200 km de rayon. Une réaction proton-antiproton convertirait l'énergie photonique en un faisceau laser gamma capable de développer plus de 1.5 GW/m2, soit plus de 1000 fois la constante solaire au niveau de la Terre (1360 W/m2). Une telle voile pourrait développer 30000 TW (3x1015 W) et pourrait atteindre 50% de la vitesse de la lumière en accélérant de façon constante à 0.3 g. Un tel engin pèserait tout de même près de 8000 tonnes.

Forward imagina également une voile laser de 500 km de rayon développant 75000 TW et pesant 78500 tonnes également capable d'atteindre 50% de la vitesse de la lumière. Rien d'étonnant à ce que ces projets démesurés n'aient jamais vu le jour.

Il y eut heureusement des projets plus modestes et plus réalistes tels le Breakthrough Starshot (cf. aussi Space.com) lancé en 2016 à l'initiative de Stephen Hawking et du milliardaire russe Yuri Milner (cf. SETI). La voile serait constituée d'une simple couche de graphène d'une épaisseur de 0.345 nm (0.000000345 mm) au centre de laquelle seraient fixées des milliers de nanosondes pesant chacune 1 g soit le poids d'un trombone. Les promoteurs du projet envisagent de pousser cette voile grâce à la combinaison des faisceaux de quelque 200 lasers développant ensemble 100 GW, ce qui est à peu près équivalent à la quantité d'énergie requise pour lancer une navette spatiale. Cette voile photonique pourrait atteindre 0.2c en environ 2 minutes, l'équivalent d'une accélération de 60000 g ! Elle pourrait atteindre Pluton en 3 jours ou Proxima du Centaure en 20 ans. C'est un vrai défi technologique dans lequel Yuri Milner a investi 100 millions de dollars.

Seul problème et de taille, on ne peut pas freiner une voile photonique. On peut bien refermer la voile mais l'impulsion initiale ne va pas diminuer. Cela veut dire que la sonde percutera son objectif à 78000 km/s, formant un cratère gigantesque aux effets tout aussi catastrophiques ! La seule solution est d'embarquer dans la voile le carburant nécessaire à la décélération. Pour un voyage interstellaire, il faudra stocker des années de carburant.

Enfin, de façon générale, à des vitesses relativistes il est exclu que la moindre particule de poussière percute le vaisseau spatial car elle pourrait le détruire. Il faut protéger la coque avec des matériaux ultra-résistants ou un champ magnétique, deux technologies qui restent encore à inventer.

A voir : Breakthrough Starshot

Breakthrough Initiatives Introduced by Seth MacFarlane

A gauche, un projet de voile photonique capable de propulser une nanosonde jusqu'à quelques années-lumière. A droite, un prototype de nanosonde de 3.5 x 3.5 cm qui serait placée au centre d'une voile photonique et pouvant atteindre Proxima b en 15 ou 20 ans selon sa vitesse (0.20c ou 0.26c). D'autres modèles sont équipés d'une microcaméra. Documents Breakthrough Initiatives.

En résumé, si le vol relativiste présente un intérêt certain, comme la propulsion à l'antimatière, il faut bien avouer que la maîtrise de cette technologie n'est pas encore à notre portée. Mais pire que cela, pour des distances dépassant quelques années-lumière parcourues à une vitesse voisine de celle de la lumière, l'effet du décalage temporel est une contrainte psychologique que la plupart des gens ne supporteront pas. Le vol relativiste n'est donc pas une solution idéale. On reviendra sur ses effets.

Propulsion hyperluminique à distorsion : Warp drive, propulseur d'Alcubierre et trou de ver

Tant qu'à spéculer, pourquoi ne pas inventer une technologie alternative plus efficace qui permettrait de s'affranchir des contraintes de la relativité. On pourrait par exemple mettre au point un "moteur à distorsion" capable de "recourber" l'espace-temps comme le fameux Warp drive cher à Mr.Sulu de "Star Trek" ou le propulseur d'Alcubierre. Similaire à un trou de ver macroscopique reliant deux points de l'espace, ces technologies sorties en droite ligne des applications des lois de la physique quantique et de la relativité seraient en théorie capables de réduire les distances et la durée des vols interstellaires à des valeurs compatibles avec la vie humaine.

A gauche, configuration géométrique spatio-temporelle d'un trou de ver (en réalité dans l'espace il aurait la forme d'une sphère qu'une civilisation avancée serait capable de stabiliser et d'agrandir jusqu'à l'échelle macroscopique). Au centre, vu de la Terre, Alpha du Centaure (Rigil Kentaurus) se situe à 4.3 années-lumière. En passant par un trou de ver spatio-temporel le voyage permet de "recourber" l'espace-temps et donc en théorie de bénéficier de tous les avantages du décalage horaire... Parti à l'heure du repas, vous arriverez avec un peu de chance à... l'heure de l'apéro. A droite, un vaisseau à Warp drive "surfant sur l'espace-temps". Document T.Lombry, S.Hawking et Richard Obousy Consulting.

L'ingénieur et physicien Harold G. White du centre Johnson de la NASA a étudié en 2011 un système de propulsion d'Alcubierre, c'est-à-dire un propulseur hyperluminique similaire au Warp drive présenté ci-dessous à gauche. Selon White, ce type de propulsion permettrait de rejoindre Proxima du Centaure située à 4.24 a.l. en deux semaines seulement ! Du moins sur papier. Par comparaison, un vaisseau relativiste se déplaçant à 0.1c mettrait un peu plus de 5 mois pour atteindre Proxima b.

L'idée de la propulsion hyperluminique fut développée mathématiquement en 1994 par le physicien mexicain Miguel Alcubierre sur base de matière ayant une énergie négative. Seul problème, cette matière est dite "exotique" car elle ne peut pas exister en vertu des lois de la physique telles que nous les connaissons et risque de ne pas être validée non plus dans les théories plus générales comme la gravité quantique.

Certes, il existe d'autres théories combinant la relativité et la physique quantique et les physiciens en inventeront probablement encore d'autres. Mais cela signifie que ce concept de Warp drive reste purement spéculatif, une curiosité mathématique qui ne sera peut-être jamais confirmée expérimentalement. Mais gardons l'esprit ouvert et l'espoir qu'un jour cette technologie verra le jour. En effet, nous savons que les "curiosités" mathématiques et certaines découvertes fortuites trouvent parfois des applications quelques générations plus tard, pour citer les rayons X, les micro-ondes, l'antimatière, les neutrinos, les attracteurs étranges de Lorentz, la théorie des groupes ou les fractals. Seul l'avenir sera donc juge et bien présomptueux celui qui prétendrait que tout ceci est ringard ou de la science-fiction. Accordons-nous seulement pour dire qu'il s'agit de scienti-fiction.

A voir : Warp Speed ! (Star Trek)

Un Pont Vers Les Étoiles - Voyage vers Proxima b, Le Sense of Wonder

Deux vaisseaux spatiaux équipés d'une technologie Warp drive capable de propulser le vaisseau plus rapidement que la lumière en déformant l'espace-temps. A gauche, le vaisseau interstellaire "Vulcan" (Vulcain) équipé d'un système de propulsion similaire au moteur d'Alcubierre imaginé par Harold White du centre JSC de la NASA et illustré par CBS. A droite, le concept de vaisseau interstellaire "IXS Enterprise" à Warp drive imaginé en 2014 par le designer Mark Rademaker qui a collaboré aux illustrations de "StarTrek" et qui présente également ses oeuvres sur Flickr. Trop de défis technologiques rendent actuellement ce type de projet hors de notre portée. Il s'agit peut-être même d'une utopie.

Le designer Mark Rademaker a travaillé avec White et dessiné plusieurs protoptypes de vaisseaux spatiaux exploitant cette hypothétique technologie futuriste dont le modèle "IXS Enterprise" présenté ci-dessus à droite. On imagine bien qu'avec une telle invention, tout l'univers serait accessible ce qui transformerait à jamais notre vision du monde et marquerait d'une pierre blanche l'entrée de l'humanité dans l'ère de l'exploration de l'Univers ! Cela laisse rêveur...

Mais soyons réalistes car sur le papier on peut rêver longtemps. Pour remplir ce cahier des charges très sévère dans un domaine qui ne tolère ni les approximations ni les erreurs, il faudra bien compter sur les progrès des sciences et des technologies et valider l'éventuelle invention sur le plan théorique. En effet, même en imaginant que des chercheurs découvrent par hasard - un effet de bord inattendu d'une expérience - le moyen de "recourber" l'espace-temps, encore faut-il appliquer cette découverte à la construction d'un prototype de vaisseau spatial et le faire voler. Si on ne comprend pas comment contrôler cette courbure ou comment fonctionne l'appareil, à l'image de l'EmDrive on ne pourra jamais l'optimiser ni comprendre pourquoi telle ou telle modification ne fonctionne pas.

Au vu des connaissances actuelles et malgré tout ce qu'on découvre en physique, cela sous-entend au bas-mot quelques siècles de recherches avant d'aboutir à une théorie et sans doute beaucoup plus longtemps pour développer un éventuel prototype exploitant ce concept. Ensuite, il y a encore beaucoup de tests à réaliser avant d'aboutir à un système fiable et si possible économiquement rentable, c'est-à-dire que l'on pourra fabriquer en (petite) série. Bref, sauf coup de génie, il paraît illusoire d'espérer construire un Warp drive avant le prochain millénaire.

Quant à fabriquer un trou de ver qu'emprunterait un vaisseau spatial, s'il existe en théorie plusieurs manières d'en fabriquer (trou de ver magnétique, de matière exotique et de Maccone), à défaut d'expérience ou de matière première (de la matière négative), les physiciens débattent encore de la validité de ces hypothèses et la plupart les rejette, mais cela ne veut pas dire qu'ils ont raison.

A voir : Interstellar (séquence Wormhole)

Contact (wormhole travel) - The Time Tunnel Photo Gallery

L'état d'hibernation

Si un vol spatial habité dure plus d'un ou deux ans, il faudra trouver une solution pour réduire le temps passé à bord du vaisseau. Les seules solutions consistent soit à hiberner soit à cryogéniser le personnel jusqu'à destination. La question de la survie dans cet état d'animation suspendue est très difficile à résoudre car il existe peu d'expériences. Une voie de recherche est l'étude des animaux capables d'hiberner et de ceux qui gelent totalement en hiver. Mais s'il y a bien quelques découvertes concernant le rôle du glycol par exemple chez les reptiles, rien ne permet encore d'appliquer cette technologie à l'homme sans risque pour sa vie ou son état mental.

A voir : Une carpe survit à la congélation

Subir les contraintes d'un voyage intersidéral relativiste en état de stase ou en hibernation (à gauche "Alien" et à droite "Passengers"), un jour ces technologies seront probablement à la portée de nos descendants car pour l'heure les défis technologiques sont au-delà de nos compétences. Document Twentieth Century Fox Film Corp. ("Alien") et Sony Pictures ("Passengers").

La seconde voie de recherche est la cryogénie. Les seuls caissons cryogéniques existants utilisent de l'azote liquide à -196°C et abritent soit des personnes fortunées décédées (la loi interdisant de cryogéniser des personnes vivantes) soit des cellules reproductrices congelées vivantes. Si les premiers ne seront jamais ramenés à la vie (chercher l'utilité d'avoir payé 200000$), les secondes alimentent le marché de la reproduction assistée. Il y a donc peu de place pour des personnes en bonne santé, même si certains chercheurs prévoient déjà cette possibilité dès 2045 (sans parler de la première adolescente en phase terminale qui se s'est faite cryogénisée de son vivant en 2016, cf. l'actualité UK et FR).

Mais en étant réaliste, pour l'heure essayer d'appliquer nos connaissances et la technologie actuelle à l'état d'hibernation humain revient non pas à se prendre pour Dieu mais plutôt à Frankenstein avec tous les échecs que supposent de telles expériences que nous sommes loin de maîtriser. En effet, si aujourd'hui on peut cryoéniser des organes et même des cellules gamètes humaines et les revitaliser après plusieurs années sans séquelles, il est beaucoup plus risqué de cryogéniser un cerveau et rien ne permet de garantir qu'au réveil la personne conservera toutes ses facultés (en fait il est même probable que la personne se retrouvera dans un état végétatif).

Le vaisseau interstellaire "Avalon" du film "Passengers" sorti en 2016 transporte 5000 personnes en état d'hibernation vers l'exoplanète Homstead II. Document Sony Pictures.

En fait, devant le peu de progrès réalisé en ce domaine, la majorité des scientifiques ne croient pas du tout à la possibilité de placer l'homme en état d'hibernation, et ceux qui l'envisagent n'imaginent pas de progrès significatifs avant plusieurs siècles.

De plus, rien n'atteste que les résultats positifs d'une expérimentation sur un animal implique qu'elle réussisse également sur l'homme. Ainsi, de nombreuses expériences ont montré que des carpes peuvent survivre au gel. Une carpe placée dans un bassin d'eau ayant gelé l'hiver peut retrouver sa vitalité lors du dégel quelques jours plus tard. La carpe peut même survivre à la congélation comme le montre la vidéo ci-dessus (une carpe surgelée au freezer et devenue aussi dur que de la pierre a retrouvé sa vitalité après avoir été plongée quelques minutes dans un bassin d'eau froide). Mais rien ne prouve que l'animal a conservé toutes ses facultés (a priori la carpe se porte bien) ni que l'expérience est reproductible sur l'homme.

Par ailleurs, sur le plan éthique pratiquement tous les pays interdisent l'expérimentation humaine, même sur des volontaires et à titre thérapeutique, à l'exception (et après de longs débats éthiques) d'une poignée de personnes incurables et souffrant psychologiquement de leur état et s'étant portées volontaires. Bref, notre société n'est pas prête à "jouer avec la mort" et d'accepter l'hibernation de personnes saines de corps et d'esprit tant que nous ne maîtrisons pas tous les risques.

Il est encore moins probable que la société accepte qu'on transfert temporairement la mémoire d'une personne sur un support informatique comme l'envisagent certaines chercheurs en préparation d'un éventuel futur système de téléportation qui reste à concevoir.

Malgré les difficultés techniques associées à la fois à la construction d'un vaisseau interstellaire et à la survie du personnel pendant un voyage spatial de longue durée, cela fait plus d'un siècle que des auteurs explorent cette idée qui fut particulièrement développée dans le concept de "vaisseau générationnel" (generation spaceship).

Le vaisseau générationnel

Le concept de vaisseau spatial générationnel (ou vaisseau des générations, vaisseau monde ou arche spatiale) est une idée qui a été développée à la fois par des scientifiques, des ingénieurs en astronautique et bien sûr par des auteurs de science-fiction comme l'a bien expliqué Simone Caroti dans son livre "The Generation Starship in Science Fiction" (2011) ainsi que Yoji Kondo précité.

Le vaisseau interstellaire "LDSS Nauvoo" (renommé "OPAS Behemoth" et finalement "Medina Station") de la série "The Expanse". Il mesure 2460 m de longueur, 960 m de diamètre et peut embarquer entre 4000 et 7000 personnes. Il est propulsé par un réacteur à fusion et peut atteindre 11000 km/s.

En 1905, dans le cadre de sa théorie sur la relativité restreinte, Albert Einstein démontra qu'il serait impossible de dépasser la vitesse de la lumière (on reviendra sur la vitesse supraluminique). On en déduisit immédiatement qu'à des vitesses non relativistes la durée d'un voyage à travers le système solaire allait durer des années et des décennies et qu'un éventuel voyage spatial vers d'autres étoiles durerait des centaines de générations et allait littéralement s'éterniser.

Le physicien Robert H. Goddard, pionnier de l'astronautique, fut le premier à évoquer les voyages interstellaires de très longue durée dans ses notes intitulées "The Last Migration" écrites en 1918. Elles restèrent sous scellés jusqu'en 1972 où David Baker publia une version condensée pour la British Interplanetary Society. Dans ces notes, Goddard décrit la mort du Soleil et la nécessité de construire une "arche interstellaire". L'équipage ferait face à des siècles de voyage en dormant et se réveillerait lorsqu'il aurait atteint un autre système stellaire.

Selon Goddard, ce "manuscrit que j'ai écrit le 14 janvier 1918… et que j'ai déposé dans le coffre-fort d'un ami… spéculait sur la dernière migration de la race humaine, consistant en plusieurs expéditions envoyées dans les régions stellaires denses, emportant une version condensée de toutes les connaissances de l'humanité, utilisant soit l’énergie atomique soit l'hydrogène, l'oxygène et l’énergie solaire... [Le récit] était contenu dans une enveloppe intérieure qui suggérait que le texte ne devrait être lu que par un optimiste." Bien sûr qu'il le fallait pour envisager la fin du monde et un voyage qui durerait plusieurs générations. On y reviendra.

Plus loin, Goddard décrit ce qu'il entend par "animation suspendue" : "...Sera-t-il possible de réduire le protoplasme du corps humain à l'état granulaire, afin qu'il puisse résister au froid intense de l'espace interstellaire ? Il serait probablement nécessaire de dessécher le corps plus ou moins avant que cet état puisse être produit. L'éveil doit être fait très lentement. A cette fin, il serait peut-être nécessaire de faire évoluer les personnes sur plusieurs générations."

À la même époque, Konstantin Tsiolkovski, le père de l'astronautique russe décrivit pour la première fois dans son roman "L'avenir de la Terre et de l’humanité" (1928), une colonie spatiale dotée de moteurs voyageant pendant des milliers d’années qu'il appelle "l'Arche de Noé". Il décrivit clairement la nécessité qu'il y ait plusieurs générations de passagers.

Ensuite c'est le physicien et écrivain britannique John D. Bernal (cf. les sphères de Bernal) qui décrivit l'un des premiers sinon le premier vaisseau générationnel dans son essai "The world, the flesh and the devil" publié en 1929 et réédité en 1970. Cet essai fut la première publication de science-fiction à toucher le public et à influencer d'autres écrivains. Bernal développe l'idée d'une évolution de l'humanité dans ce qu'on appelle aujourd'hui un vaisseau spatial générationnel.

Ce concept fut repris par de nombreux auteurs dont le Dr Robert Enzmann (inventeur du vaisseau de Enzmann), Gregory Matloff (le vaisseau de la colonie), Alan Bond (le vaisseau monde ou world ship) sans oublier les fameuses colonies de O'Neill et leurs variantes. À l'inverse du vaisseau monde de Bond qui était à peine ébauché, Enzmann décrit de manière précise comment construire son vaisseau générationnel qui est équipé de moteurs au deutérium similaires à ceux préconisés pour le vaisseau spatial Orion.

A lire : Theater of Memory against a Background of Stars:

A Generation Starship Concept between Fiction and Reality, Simone Caroti (PDF), 2009

A gauche et au centre, le vaisseau de Enzmann respectivement illustré par Rick Sternbach (gauche) pour le magazine "Analog" (October 1973) et David A. Hardy (centre). A droite, illustration du "100-Year spaceship" (100YSS) ou vaisseau générationnel "centenaire" proposé par le DARPA et la NASA en 2010.

L'un des concepts prit le plus au sérieux est le "100-Year spaceship" alias 100YSS proposé par le DARPA et la NASA en 2010 illustré ci-dessus à droite. Paul Eremenko, porte-parole du DARPA soulignait qu'il faudrait "des investissements durables et des générations engagées en R&D" pour concrétiser ce concept. En 2012, le sénateur républicain et physicien américain Tom Coburn le classa parmi "les 100 projets de dépenses gouvernementales les plus inutiles" (the 100 most wasteful government spending projects). Dans le contexte socio-économique de ces dernières décennies, on ne peut pas lui donner tord.

Mais nous verrons page suivante que la vie à bord d'un tel vaisseau interstellaire n'est pas sans poser quelques problèmes potentiels qu'il vaut mieux soit résoudre soit au moins être sensibilisé avant le départ car une fois l'écoutille fermée, elle le restera pour ainsi dire pour toujours.

Du monopole d'État au marché ouvert

Quelle que soit la solution envisagée, propulsion conventionnelle, relativiste ou Warp drive avec ou sans hibernation, ces hautes technologies étant aussi précieuses que délicate à manipuler, on peut imaginer que pendant la phase initiale de son développement le secteur du vol interstellaire restera entre les mains des gouvernements et des militaires et ne sera pas ouvert au secteur privé. Comme aujourd'hui, seuls les systèmes de propulsions traditionnels - moteur à explosion, électrique et réacteur - seront accessibles aux entreprises privées. Il n'y a donc aucune chance qu'un ingénieur amateur puisse fabriquer sa petite fusée relativiste ou à facteur Warp et s'envole vers les étoiles comme d'autres prennent leur voiture pour observer la Voie Lactée à deux pas de leur domicile. En revanche, comme aujourd'hui, si un inventeur ambitieux le souhaite, il pourra travailler sous contrat avec le gouvernement et paver de son génie créatif la voie royale vers les étoiles.

Concepts d'un vaisseau spatial armé ou appartenant à un commandement spatial à une époque où des colonies privées sont installées sur d'autres mondes. Le gouvernement n'a plus le monopole du secteur spatial et le Droit de l'espace autorise chacun à s'installer dans un autre monde et à exploiter ses ressources. Ces colonies étant installées à l'écart du monde, les dirigeants de ces entreprises ou les commanditaires de ces missions doivent envisager toutes les situations y compris le vol de matériel, de matière première, une rébellion ou un attentat. Documents Artstation/B S et StarCitizen.

Si le marché est fermé, comment satisfaire les demandes du public et notamment des riches entrepreneurs qui souhaitent explorer les étoiles ? Comme à l'époque de l'invention du chemin de fer, des premiers avions de ligne ou du tourisme spatial, les personnes les plus riches pourront sans doute se payer une place à vil prix à bord d'un vaisseau interstellaire. Ce sera la seule concession que le gouvernement fera au grand public. Par conséquent, cette main-mise du gouvernement sur cette haute technologie ne va pas non plus ouvrir le secteur du vol interstellaire aux sociétés privées. En quelques années, cette situation deviendra vite ingérable car ce monopole d'État risque d'entrer en conflit avec les intérêt des entreprises du secteur astronautique et des industriels.

Ce monopole d'État risque donc d'être temporaire car il sera rapidement dénoncé par le secteur privé qui à cette époque sera déjà en train d'exploiter des mines de minerais sur la Lune et sur les astéroïdes et ne va jamais tolérer qu'on lui interdise l'accès à une technologie de pointe si elle est économiquement rentable. Comme cela se fait de nos jours, un groupe de pression composé d'industriels du secteur astronautique peut faire du lobbying auprès des politiciens pour ouvrir le secteur spatial au public ou dans le but d'amender le Droit de l'espace afin d'autoriser le secteur privé à exploiter la technologie du vol interstellaire et à pouvoir en retirer des bénéfices.

Concepts de vaisseaux spatiaux assurant la navette entre les colonies imaginés par Artstation/B S.

Après avoir tout misé sur le feu, puis le charbon et l'énergie nucléaire, ce jour là l'humanité célébrera son première anniversaire de l'ère galactique et entrera dans le cercle fermé des civilisations de Type I ou II de Kardashev selon son niveau de consommation d'énergie.

A moins d'une révolution à la fois technologique et du mode de fonctionnement de la société, même à cette époque futuriste, ce type de projet restera très vulnérable face aux aléas socio-économiques et politiques et peut-être même pour des considérations éthiques. On y reviendra page suivante à propos des risques d'un voyage interstellaire. Aucun politicien n'acceptera d'investir des centaines voire des millions de milliards de dollars pris sur les taxes des citoyens dans un programme interstellaire à long terme si la moitié du monde est en guerre ou crêve de faim ou de soif. De plus, il n'investira jamais autant d'argent s'il n'y a pas rapidement de retour sur investissement. Enfin, il n'est même pas certain qu'on puisse financer à long terme un projet de cette ambition.

En revanche, il est possible qu'un consortium de grandes sociétés privées déjà impliquées dans les voyages touristiques circumterrestres ou l'exploration lunaire prennent la relève dans le cadre de missions plus modestes limitées au système solaire.

Durant ce siècle ou le siècle suivant, la Lune, Mars et certains astéroïdes seront colonisés à des fins scientifiques et surtout industrielles. Vu les distances et les conditions climatiques locales, il sera plus difficile de rentabiliser l'exploitation des lunes glacées de Jupiter ou Saturne (on pourra juste envisager des explorations scientifiques au départ d'une base avancée).

A moins d'une découverte majeure, le grand saut vers les étoiles sera pour beaucoup plus tard. En effet, face aux défis technologiques, le premier vol interstellaire habité vers l'exoplanète habitable la plus proche (où aller ailleurs dans cet immense univers ?) n'aura probablement pas lieu avant longtemps, dans un millénaire voir bien plus tard si on ne parvient pas à inventer un système de propulsion qui rendrait tout l'univers accessible. Car à moins de disposer d'une technologie capable de "recourber" l'espace-temps, connaissant les risques de cette aventure et les effets du vol relativiste, il n'est pas du tout certain que nos descendants accepteront de s'embarquer dans un vaisseau interstellaire sans Warp drive. Nous allons expliquer les raisons dans le prochain et dernier chapitre.

Dernier chapitre

Gérer les risques

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[13] Concernant l’évolution des ordinateurs, consultez l'article Aux origines d'Internet et de la micro-informatique, les magazines de l'IEEE Computer Society ainsi que les sites Histoire de l'informatique et Comment Ca Marche.

[14] En 1978, le physicien américain Peter J.Vajk passionné par le problème de colonisation spatiale avait prédit que le prix du kilo mis en orbite puis rapatrié au sol à bord d’une navette spatiale reviendrait à 700 dollars… L’état de l’économie américaine a réévalué ce prix à la hausse ! Toutes les études de prospectives se sont toujours trompées; trop de facteurs dynamiques modifient les données de départ.

[15] Valeurs adaptées des rapports de l’International Space University corrigés par Thomas O.Paine, ancien administrateur de la NASA et de E.M.Carus-Wilson eds, “Essays in Economic History”, vol.2, Edward Arnold, London, 1962.


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