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 ver. 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 473^e 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 physique et psychologique que la plupart des gens ne supporteront pas. Nous verrons des exemples concrets en relativité restreinte y compris son effet sur les communications interstellaires. La situation serait encore plus insupportable et même insensée lors l'un vol superluminique.

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 mécanique classique voire même 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 (en PDF sur arXiv). 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 les activités humaines.

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). A droite, 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. Documents T.Lombry et S.Hawking.

L'idée de la propulsion hyperluminique fut développée mathématiquement en 1994 par le physicien mexicain Miguel Alcubierre sur base de matière constituée d'énergie négative. Selon Alcubierre, "Par une expansion purement locale de l'espace-temps derrière le vaisseau spatial et une contraction opposée devant lui, un mouvement plus rapide que la vitesse de la lumière vue par les observateurs en dehors de la région perturbée est possible."

On peut illustrer l'effet du propulseur d'Alcubierre comme une nappe sur laquelle est posée le vaisseau spatial. La nappe représente le propulseur. Si vous tirez la nappe autour du vaisseau, il se trouvera à un nouvel endroit par rapport au tissu. Pour que l'espace-temps s'étende d'un côté du vaisseau et se contracte de l'autre côté et crée une bulle au centre, il faut une énorme quantité d'énergie négative - probablement plus que ce qui est disponible dans l'univers. À l'intérieur de cette bulle se trouverait un cadre de référence inertiel où les explorateurs ne ressentiraient aucune accélération. Les règles de la physique s'appliqueraient toujours à l'intérieur de la bulle, mais le vaisseau serait localisé en dehors de l'espace-temps.

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.

Certains scientifiques ont critiqué le concept de propulseur d'Alcubierre car il nécessite trop de masse et d'énergie négative pour que les humains envisagent sérieusement de construire un système de propulsion basé sur la distorsion.

L'ingénieur et physicien Harold G. "Sonny" White du centre Johnson de la NASA et fondateur du Limitless Space Institute (LSI) a étudié en 2011 un système de propulsion d'Alcubierre, c'est-à-dire un propulseur hyperluminique à distorsion similaire au Warp drive. 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 du Centaure.

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-dessous 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 - une idée de génie ou un effet de bord inattendu d'une simulation ou 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 fonctionner. 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.

A voir : Warp Speed ! (Star Trek)

Go Incredibly Fast

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.

Premier modèle physique de Warp drive

Pour la première fois en 2021, des chercheurs de l'Advanced Propulsion Laboratory (APL) d'Applied Physics ont dévoilé le premier modèle physique de propulseur à distorsion qui ne nécessite pas d'énergie négative (cf. A.Bobrick et G.Martire, 2021 et en PDF sur arXiv).

Dans cet article qui comprend 24 pages, les chercheurs exploitent le concept des bulles flottantes de l'espace-temps plutôt que des vaisseaux flottants dans l'espace-temps. Le modèle physique n'utilise aucune énergie négative et capitalise sur l'idée que les bulles d'espace-temps peuvent presque se comporter librement. Selon les chercheurs, il existe même quatre classes ou façons de produire une propulsion à distorsion à vitesse subluminique, hyperluminique ou hyperluminique extrême. Alcubierre lui-même approuva le nouveau modèle. Même théorique, ce modèle est un grand pas en avant dans notre compréhension de ce mode de propulsion. Même les experts en relativité devront peut-être retourner sur les bancs d'école.

Mais a priori il y a une énorme mise en garde derrière ce modèle : le concept proposé par Bobrick et Martire est toujours dans la zone des possibles d'un futur lointain dont la réalisation paraît inconcevable à l'époque actuelle. Toutefois, selon les chercheurs de l'APL, "Alors que les exigences de masse nécessaires pour de telles modifications sont encore énormes à l'heure actuelle, nos travaux suggèrent une méthode de construction de tels objets basée sur des lois de la physique parfaitement comprises." Autrement dit, si le propulseur à distorsion n'est peut-être pas une réalité aujourd'hui ou demain, ce nouveau modèle envisage que les déplacements à vitesse de distorsion sont désormais beaucoup plus probables dans un avenir beaucoup plus court que prévu.

Voici une présentation du propulseur à distorsion par Sabine Hossenfelder, professeure et chercheuse à l'Institut d'études avancées de Francfort (FIAS) qui étudie le sujet.

A voir : Warp Drive News. Seriously!, S.Hossenfelder/FIAS

Si pendant des années White et ses collègues n'ont pas fait de progrès significatifs dans l'élaboration d'un propulseur d'Alcubierre, une avancée imprévue s'est produite en 2021.

Création concrète d'une bulle de distorsion

Dans un article publié dans "European Physical Journal" en 2021, Harold White et ses collègues ont déclaré que "tout en menant une analyse liée à un projet financé par le DARPA pour évaluer la structure possible de la densité d'énergie présente dans une cavité de Casimir telle que prédite par le modèle de vide dynamique, une structure à l'échelle micro/nanométrique a été découverte qui prédit une distribution de densité d'énergie négative qui correspond étroitement aux exigences de la métrique d'Alcubierre. Ce n'est pas un analogue de bulle de distorsion. C'est une réelle, bien humble et petite, bulle de distorsion." Dit plus simplement, White et ses collègues ont réussi à publier le premier article académique évalué par des pairs qui propose une nano-structure capable de générer une bulle de distorsion (warp bubble) dans le monde réel.

White souligne que cela ne signifie pas que nous sommes sur le point de construire un Warp drive entièrement fonctionnel, car beaucoup plus de recherches sont nécessaires. Selon White, c'est une première percée qui établit un nouveau point de départ pour ceux qui essaient de fabriquer un vaisseau spatial de taille normale capable d'exploiter la distorsion.

Cette découverte fortuite confirme non seulement la structure "toroïdale" prédite et les aspects d'énergie négative d'une bulle de distorsion, mais a également entraîné des voies potentielles que White et d'autres chercheurs peuvent suivre dans leur tentative de concevoir, et un jour réellement construire, un véritable vaisseau spatial à capacité de distorsion. Selon White, "Il s'agit d'une structure potentielle que nous pouvons proposer à la communauté que l'on pourrait construire et qui générera une distribution de densité d'énergie sous vide négative très similaire à ce qui est requis pour une déformation spatiale d'Alcubierre."

A voir : Propulsion Energy Forum with Dr. Harold Sonny White

A gauche, principe de la distorsion (contraction et extension) de l'espace dans la métrique d'Alcubierre. Au centre, une bulle de distorsion à l'échelle nanométrique obtenue fortuitement dans le monde réel au cours d'une expérience avec une cavité de Casimir. A droite, le concept général du "vaisseau spatial" (la sphère mesurant 1 micron) à distorsion à l'échelle nanométrique que l'équipe de White souhaite fabriquer avec l'argent du DARPA. Documents H.White et al. (2021).

Pour évaluer davantage les résultats de cette découverte, lors de la présentation de cette découverte à l'AIAA, White et ses collègues ont proposé de construire un vaisseau à distorsion testable à l'échelle nanométrique : "Plus précisément, un modèle jouet composé d'une sphère de 1 micron de diamètre située au centre d'un cylindre de 4 microns de diamètre a été analysé pour montrer qu'une densité d'énergie de Casimir en trois dimensions correspond bien aux exigences de distorsion dans la métrique d'Alcubierre. Cette corrélation qualitative suggérerait que des expériences à l'échelle de la puce pourraient être explorées pour tenter de mesurer de minuscules signatures illustrant la présence du phénomène conjecturé : une véritable, bien qu'humble, bulle de distorsion."

Généralement, les physiciens théoriciens évitent le "modèle jouet" car cette méthode n'est ni rigoureuse ni complète et se rapproche d'une approximation ad hoc. Il est donc hasardeux de l'utiliser car à l'image d'un croquis ce n'est qu'une représentation très limitée de la réalité. Mais dans ce cas particulier, puisqu'on part d'un concept, un modèle jouet est déjà un grand pas en avant vers sa concrétisation.

Interrogé sur sa faisabilité, White déclara que "Nous n'avons pas fabriqué la sphère d'un micron au milieu d'un cylindre de 4 microns." Cependant, si l'équipe du LSI devait concrétiser ce projet, "nous utiliserions probablement une imprimante 3D nanoscribe GT qui imprime à l'échelle nanométrique." Donc les moyens existent, reste à trouver l'opportunité. Selon White, il n'y a "aucun plan pour le faire actuellement", les chercheurs "se concentrant sur les cavités de Casimir personnalisées."

Étant donné que le DARPA finance le LSI pour étudier les cavités de Casimir et non pour découvrir accidentellement une bulle de distorsion, White et son équipe ont toutes les raisons de mobiliser toutes leurs ressources sur le projet en cours. Toutefois, quand on lui posa la question du financement du Warp drive, White est resté très discret, bien que le LSI prévoit de réaliser les deux tests décrits lorsque le projet en cours sera terminé. Mais sachant l'implication du DARPA, il se peut que les résultats ne soient pas immédiatement rendus public tant qu'une autre percée importante ne sera pas réalisée.

Concernant les implications potentielles de cette découverte, White pense que ce n'est qu'une question de temps avant que son mini-vaisseau à distorsion ne soit conçu et testé, une étape qui fera lentement mais sûrement avancer l'ensemble du processus vers l'objectif ultime de fabriquer un vaisseau spatial à capacité de distorsion.

Quant à passer d'un vaisseau à Warp drive à l'échelle nanométrique à quelque chose pouvant voler dans l'espace, White propose une approche plus réaliste : "Il est tôt pour poser des questions sur un certain type d'expérience de vol réel. Dans mon esprit, la première étape consistait simplement à explorer la science sous-jacente à l'échelle nano/micro", avant de passer à un vaisseau habité. Comme on dit dans la force aérienne, avant d'apprendre à voler, "ramper, marchez, courez."

Au vu des connaissances actuelles et malgré tout ce qu'on découvre en physique, même si la théorie et les expériences à l'échelle nanométrique existent il faudra beaucoup de temps 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. Quant à envisager une production économiquement rentable, c'est-à-dire des vaisseaux à distorsion que l'on pourra fabriquer en (petite) série, il s'écoulera encore pas mal de temps. Même si tout le monde espère que ce projet se concrétisera avant la fin du XXI^e siècle, sauf coup de génie, il paraît illusoire d'espérer construire un Warp drive avant quelques siècles.

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 gèlent 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. Documents 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 d'un rare cancer qui se s'est faite cryogénisée 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 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).

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.

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 sur les 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.

Si à terme on pourra facilement rentabiliser l'exploitation minière de la Lune et des astéroïdes, 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 voire 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