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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 !

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].

Le vaisseau interstellaire "ISV Venture Star" imaginé par la fondation Tau Zero. Trop de défis technologiques rendent actuellement cette technologie hors de notre portée.

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.

Toutes ces considérations permettent déjà d’estimer la masse d’un vaisseau destiné à l'exploration du centre de la Galaxie, un objectif très ambitieux mais bien à l'image de l'idée qu'on se fait du voyage interstellaire.

Ainsi que nous l’avons vu, Daedalus, qui permettrait d’atteindre le centre de la Voie Lactée en une quarantaine d’années pèse 54000 tonnes soit 18 fois plus que la fusée Saturn V - dont 450 tonnes sont consacrées aux moyens de survie individuels (nourriture, eau, etc).

Les projets les plus ambitieux envisagent de construire en orbite des vaisseaux interstellaires pesant 1040 tonnes, poids nécessaire pour effectuer une exploration de la Voie Lactée à vitesse relativiste compatible avec l’espérance de vie humaine !

Il y a enfin les projets démesurés de G.San qui imagine des colonies spatiales de 20 km de longueur et 12 km de diamètre capables de traverser la Voie Lactée à 900 km/s...

Bien sûr, sur papier de tels projets ne demandent pas beaucoup de ressource, juste un peu d'imagination. Mais ces auteurs ont souvent laissé de côté un problème majeur du vol spatial, celui des accélérations; on ne pilote pas du tout une fusée Saturn V ou une navette spatiale comme un vaisseau interstellaire !

Le pilote d'un vaisseau spatial de la taille d'une navette ou d'une fusée peut subir des accélérations violentes de quelques g pendant quelques secondes. Equipé d'une combinaison pressurisée, avec de l'expérience il peut subir ces désagréments quelques minutes si nécessaire.

En revanche, il n'est pas question de faire subir le même traitement à une station orbitale comme ISS au risque de la démanteler en quelques minutes. Encore moins à un vaisseau interstellaire mesurant 1 km de long et pesant des milliards de tonnes ou pire, à une colonie spatiale de O'Neill dont la masse avoisine une dizaine de milliers de milliards de tonnes dans le cas de "Rama" !

Comme le précise Clarke (J'ai Lu, p111), une simple accélération de 0.02 g soit de 0.2 m/s2, autrement dit quasiment insignifiante à notre échelle produit des effets multipliés par mille sur une structure aussi massive, au point de produire des vagues pouvant peut-être dépasser plusieurs centaines de mètres de hauteur ! Malgré sa faible intensité, une telle accélération est suffisante pour aborder un système planétaire avec un vaisseau interstellaire de cette taille.

Il en va tout autrement pour explorer la Galaxie. Mais on ne pourra jamais éviter les risques liés à une accélération trop brutale pour le personnel embarqué et sur la résistance des matériaux. Alors, quand on apprend que l'"Entreprise" du capitaine Kirk s'envole de l'orbite basse au quart de puissance, soit le conseiller scientifique était absent lors du scénario soit on est en pleine science-fiction !

A n’en pas douter, si la colonisation de l'espace devient un jour une priorité, nos descendants devront maîtriser le vol relativiste et avoir solutionné ses difficultés, en particulier les problèmes de la propulsion et de la survie du personnel (état d’hibernation ou autre stase).

Mais revers de ce beau rêve, de tels projets sont-ils réalistes ou ne viennent-ils qu'alimenter une iconographie et une littérature déjà surabondantes qui nous éloignent de la réalité ?

Entre réalisme et science-fiction

L'argent dirigeant le monde et nos rêves de conquête, 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)°

C.Colomb 1492

16 millions

10

Mayflower 1620

47 millions

7.5

Projet génomique HUGO (2006)

16.5 millions

7.5

Plan Marshall (1948-1952)

>175 milliards

50

Télescope VLT de l’ESO de 8.2 m

350 millions

2220

Fonctionnement du CERN

1.18 milliard

10 000

Skylab (Saturn V)

4.26 milliards

60 000

Les navettes spatiales US

4.7 milliards

88 000

Les 17 missions Apollo

115 milliards

1 600 000

Station Spatiale Internationale

150 milliards

220 000

Une mission vers Mars

50 milliards

1 000 000

Un vol habité vers Mars

800 milliards

16 000 000*

La future base lunaire

90 milliards

2 200 000

° Les valeurs reprises dans la 3e colonne correspondent à l’estimation du nombre d’années qu’aurait dû travailler une personne membre d’une famille moyenne pour se payer ce projet sur ses économies. En l’espace de 2 à 20 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 scientifique d'un pays durant plusieurs années et mobilisent plusieurs centaines de milliers d'experts à travers le monde, un coût équivalent-homme qui se chiffre en millions d'années !

Si on en croit les futurologues, le premier saut en-dehors du système solaire devrait se réaliser aux alentours de 2100 dans le cadre d’un projet similaire à Daedalus. Quelques siècles plus tard, lorsque les vaisseaux et les systèmes de propulsion seront fiables et performants, les premiers colons iront explorer la Galaxie. Certains futurologues pensent que cette vague d’émigration pourrait débuter vers 2300. Comme ils s'imaginent que l'état d'hibernation sera un jour maîtrisé.

Mais plus d'un expert sont sceptiques face à ces projections et autant de certitudes de la part de personnes qui finalement n'en savent rien du tout et se sont toujours trompées !

Propulsion relativiste et Warp drive

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 ou une colonisation de la Galaxie.

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 d'atteindre 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 cryogéniques éventuels restent à résoudre et nous n'avons pas encore la moindre ébauche d'un début de technologie relativiste.

Aussi, tant qu'à spéculer, autant inventer une technologie alternative plus efficace qui permettrait de s'affranchir des contraintes de la relativité. On pourrait par exemple mettre au point un système capable de recourber l'espace-temps, le fameux "Warp drive" cher à Mr.Sulu de "Start Trek". C'est l'une des quelques technologies sortie en droite ligne des applications des lois de la physique quantique et de la relativité capable de réduire les distances et la durée des vols interstellaires à des valeurs compatibles avec la vie humaine.

L'ingénieur et physicien Harold White du centre Johnson de la NASA a étudié en 2011 un système de propulsion hyperluminique 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 ! Par comparaison, un vaisseau relativiste se déplaçant à 10% de la vitesse de la lumière (0.9949c soit 298290 km/s) mettrait un peu plus de 5 mois pour atteindre Proxima b (cf. la relativité retsreinte)

Le concept de vaisseau interstellaire "IXS Enterprise" à Warp drive imaginé en 2014 pa le designer Mark Rademaker qui présente également ses oeuvres sur Flickr.

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, ce type de matière est dit exotique car il 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 seulement pour dire qu'il s'agit de scienti-fiction.

Le designer Mark Rademaker a travaillé avec White et dessiné plusieurs protoptypes de vaisseau spatiaux exploitant cette hypothétique technologie futuriste dont le modèle "IXS Enteprise" 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 ! Ca 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. Au vu des connaissances actuelles et malgré tout ce qu'on découvre en physique et en chimie, cela sous-entend quelques siècles de recherches et de développements avant d'aboutir à des systèmes fiables et si possible économiquement rentables, c'est-à-dire que l'on pourra fabriquer en (petite) série.

L'état d'hibernation

La question de la survie en état d'hibernation est très difficile à résoudre et il existe peu d'expériences. Une voie de recherche est l'étude des animaux capables d'hiberner au point de geler 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.

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 reproductrices 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 retrouve 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.

Mais il est aussi vrai que les résultats d'une expérimentation réussie sur l'animal n'implique pas qu'elle soit possible 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-dessous (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. De plus, 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 s'étant portées volontaires. Bref, notre société n'est pas prête à "jouer avec la mort" et d'accepter l'hybernation de personnes saines de corps et d'esprit tant que nous ne maîtrisons pas tous les risques.

A voir : Une carpe survit à la congélation

Vivre dans les nuages d'une colonie spatiale comme la cité de Bespin de "Star Wars" ou subir les contraintes d'un voyage intersidéral relativiste en état de stase, un jour ces deux technologies seront probablement à la portée de nos descendants. Mais en raison des défis technologiques et des contraintes liées au fonctionnement de telles infrastructures, ces inventions ne verront probablement pas le jour avant quelques siècles en étant optimiste. Document Star Wars et composition de l'auteur inspirée de "Alien" de Ridley Scott.

Quelle que soit la solution envisagée, propulsion relativiste ou Warp drive avec ou sans hibernation, ces hautes technologies étant aussi précieuses que délicate à manipuler, on peut imaginer que pendant quelques siècles ce secteur restera entre les mains des gouvernements et des militaires et ne sera pas commercialisée. Comme aujourd'hui, seuls les systèmes de propulsions traditionnels seront accessibles au public. 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 vont observer la Voie Lactée à deux pas de leur domicile. Par conséquent, cela ne va pas non plus ouvrir le secteur du vol interstellaire au public avant quelques siècles supplémentaires.

Autrement dit, le premier vol interstellaire habité vers les premières exoplanètes habitables (où aller ailleurs dans cet immense univers ?) n'aura certainement pas lieu avant l'an 3000 voire quelques millénaires plus tard si on ne parvient pas à inventer un système de propulsion qui rendrait tout l'univers accessible.

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. Personne n'acceptera d'investir des centaines voire des millions de milliards de dollars dans un programme spatial à long terme si la moitié du monde est en guerre ou crêve de faim ou de soif. De plus, il n'est même pas certain qu'on disposera de la technologie nécessaire et surtout 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 limitée au système solaire.

A terme, la Lune, Mars et, si le budget le permet, 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 sera pour beaucoup plus tard.

Ceci étant, si on ne découvre pas le moyen de courber l'espace-temps ou d'exploiter les trous de vers et si on ne parvient pas à mettre au point une technologie fiable d'hybernation, trois utopies pour certains, les voyages spatiaux au long cours risquent d'être très très longs. Le jour venu les voyages sidéraux dureront des centaines d’années et les générations se succéderont sans connaître la chaleur d’une planète réchauffée par une étoile. Les explorateurs perdront le souvenir de leurs racines terrestres et le plaisir des promenades sur leur terre natale ou celle de leurs ailleux. Mais un jour, quelques siècles plus tard, leur vaisseau-mère et sa flottille d’explorateurs accosteront en douceur dans les parages d’un îlot de verdure et décidés à conquérir leur Terre promise, ils coloniseront un nouveau monde et fonderont là-bas une nouvelle civilisation. C'est en tous cas tout le bonheur qu'on peut leur souhaiter, même si cela reste comme on dit, de la science-fiction.

Gérer les effets psychologiques

Enfin, il y a une question rarement abordée (mais c'est normal vu le sujet) qui est celle des effets psychologiques d'un voyage spatial relativiste. En effet, si les futures générations d'ingénieurs parviennent à mettre au point un système de propulsion relativiste ou un Warp drive, malgré toute leur science, leurs formules et leurs robots, ils seront toujours incapables de gérer l'émotion et le facteur humain. Non pas celui qu'on ressent en s'émerveillant devant la nature qui est facile à géré mais le choc émotionnel qui vous envahi lorsqu'on prend conscience du temps qui passe et du temps perdu quand on est isolé dans un vaisseau spatial ou sur une autre planète et loin de chez soi.

Si les agences spatiales surveillent de près l'état psychologique des astronautes et ont déjà noté des sauts d'humeur, des abandons et des idées étranges suite aux effets du confinement ou d'un vol lunaire, elles n'ont pas encore fait l'expérience du choc émotionnel d'un humain ayant effectué un vol relativiste et qui retrouve sa planète et ses amis plus vieux de quelques décennies ou de celui qui se retrouve seul isolé sur un monde inconnu !

Le personnel de bord comme les passagers devront tenir compte des effets de la relativité. En effet, si nous connaissons en théorie ses effets les plus spectaculaires comme le ralentissement du temps et la contraction des distances, personne n'en a jamais fait l'expérience réelle à grande échelle, personne n'a jamais été confronté à son retour de voyage au vieillissement des personnes qu'il aimait, connut la solitude de l'attente d'une personne chère partie faire un "bref" voyage dans les étoiles ou fait l'expérience de rester seul pendant des décennies dans un vaisseau spatial ou coincé sur un astre perdu dans le ciel et attendant des secours qui ne viendront peut-être jamais.

Compte-tenu que nous dépendons de la technologie et des contraintes imposées par les lois de la nature, s'aventurer dans l'espace profond, que ce soit volontairement ou suite à un accident, constituera toujours une mission à risque et une épreuve. L'univers est un milieu hostile et mieux vaut que tout se passe bien là haut car en cas d'accident, étant donné les distances chacun sera livré à la bonne volonté de ses coéquipiers ou à lui-même sans espoir que vos amis au sol aient les moyens de vous secourir.

De même, vivre seul à des années-lumière de chez soi et pendant des années dans un vaisseau spatial ou même sur une exoplanète sans jamais voir un autre être humain risque d'être une expérience psychologique difficile à surmonter et peut-être traumatisante, même pour les plus endurcis.

Le film "Interstellar" de Christopher Nolan (2014) qui dure près de 3 heures nous a donné un avant-goût très réaliste d'un vol relativiste et accessoirement de la colonisation grâce aux conseils scientifiques du professeur Kip Thorne, notamment des effets de la relativité sur les distances parcourues, sur la gravité d'un trou noir, sur les effets optiques, sur le temps relatif écoulé et des émotions ressenties par les différents personnages selon qu'ils subissent ou non les effets relativistes. Même si le scénario nous donne un aperçu très hollywoodien d'un vol près d'un trou noir dans la droite ligne des films de Steven Spielberg (qui est l'auteur du scénario original), c'est le premier film de divertissement qui décrit avec autant de précision ces phénomènes très éloignés de notre quotidien.

A voir : Interstellar – Building A Black Hole – Official Warner Bros.

A lire : Visualisation réaliste d'un trou noir et le film Interstellar, K.Thorne et al., 2016

Gravitational lensing by spinning black holes in astrophysics, and in the movie Interstellar

Ilustration en gros-plan du disque d'accrétion du trou noir Gargantua du film "Interstellar" de C.Nolan (2014) basé sur les conseils de Kip Thorne. Notez en raison des déformations optiques, l'élévation de la partie arrière du disque au-dessus du trou noir et l'image de sa face inférieure dessous du disque (cf. ce schéma). Document Paramount Pictures/Warner Bros Pictures.

Equilibre ou expansion ?

La colonisation de la Galaxie n'est pas une fin en soi. Il est probable que nos problèmes démographiques se retrouveront sur d'autres planètes à une échelle décuplée. Nous ne pourrons jamais conserver notre espace vital si la population s'accroît ne fut-ce que linéairement. Nous devrons toujours trouver de nouvelles planètes à coloniser.

Pour commencer et à condition que la technologie permette le vol relativiste et idéalement la cryogénie du personnel embarqué, nous devons tout d'abord trouver des planètes habitables dans la Galaxie (on peut aller voir plus loin mais inutile de gaspiller des ressources sachant qu'il existe des millions et peut-être des milliards d'exoplanètes dans la Voie Lactée).

Une sonde de Von Neumann de la taille d'un vaisseau spatial. Document Charles Ofria.

Avant qu'on ne découvre qu'il existe de nombreuses exoplanètes dans la région habitable de beaucoup d'étoiles, certains auteurs imaginaient que la solution la plus efficace consistait à envoyer dans toute la Voie Lactée des sondes dites de "Von Neumann". 

Ce sont des vaisseaux spatiaux intelligents, moitié sondes d'exploration moitié robots conçus pour explorer les système stellaires et capables de fabriquer des usines qui reproduiraient des copies d'eux-elles par milliers. Chaque sonde repartirait ensuite explorer d'autres systèmes stellaires et chacune nous signalerait tous les mondes propices à la vie. Cette technologie peut être plus ou moins sophistiquée, utilisant soit des sondes spatiales similaires à nos sondes d'exploration actuelles, soit des nanosondes ou des hybrides biomécaniques équipés de haute-technologie.

Pendant que ce catalogue serait en cours d'élaboration, les premiers vaisseaux interstellaires habités pourraient s'envoler à la conquête des exoplanètes habitables les plus proches. En quelques centaines de milliers d'années ce sont des trillions de sondes de Von Neumann qui exploreraient ainsi toute la Voie Lactée à une vitesse qui atteindra finalement une fraction de celle de la lumière.

Avec le recul, on peut se dire que cette méthode représente beaucoup de gaspillage quand on peut être plus efficace en ciblant nos objectifs et en envoyant directement ces sondes vers les exoplanètes identifiées depuis la Terre et a priori propices au développement de la vie. Ceci dit, rien n'empêche une civilisation avancée de compléter son catalogue galactique en lançant tout azimut des sondes de Von Neumann.

Concernant la démographie humaine, en tenant compte d'une colonisation spatiale permanente, on a calculé qu'en l'espace d'un demi-million à quelques dizaines de millions d'années, nous aurons atteint l'extrémité de la Voie Lactée et la population ne fera que croître. Nous pourrons faire le saut vers la galaxie d'Andromède ou M33 et nous disséminer à travers tout l'Univers. Mais un jour ou l'autre le taux de croissance de la population devra être réduit d'un facteur 10 ou 100. Cette stagnation de la population est inévitable, quelle que soit l'extension des colonies. C'est une question de temps bien sûr, mais aussi socio-économique.

Les limites de l’expansion spatiale

  Distance atteinte (a.l.)

Taux de croissance (%)  

490

2

978

1

9780

0.1

97800

0.01

Pour éviter les conflits socio-économiques dans les colonies spatiales, chacun devra préserver son espace vital comme nous le faisons sur Terre. Les économistes considèrent qu’une population de 200000 habitants lancée chaque jour dans l’espace pourrait coloniser la Voie Lactée sans entraîner de problèmes démographiques. Si la population s’accroît plus rapidement, l’espace vital individuel commencera à diminuer. Pour éviter d’en arriver là, afin d’assurer le bien être du plus grand nombre, le taux de croissance devra être réduit d’un facteur 100.

Extrait de E.Davoust, “Silence au point d’eau”, Teknea, 1988, p71.

De nos jours sur Terre, en fonction de l’importance que l’on accorde à l’alimentation du bétail, les économistes et les démographes ont calculé que notre planète pouvait alimenter entre 3 et 40 milliards d’individus, sachant que 90% des ressources que l’on donne à un maillon de la chaîne alimentaire, au bétail en l’occurrence, est à jamais perdu.

Pour vivre, nous devons cultiver, exploiter le sol, nourrir le bétail, faire des réserves. Si notre consommation s'accélère, au bout d'un certain temps les stocks se réduiront à une peau de chagrin. A ce moment là de deux choses l'une : soit la prospection de nouvelles ressources sera encouragée soit ce sera le scénario catastrophe[16]. Mais la recherche d'une ressource est liée au développement des sciences et des techniques.

Si les problèmes démographiques, politiques ou écologiques s'emballent, nos descendants feront comme les sociétés polynésiennes : ils seront condamnés à vivre sur leur îlot galactique alors que le monde regorge d'archipels luxuriants. Cela n'intéressera plus personne d'aller voir là haut ce qui se passe. On critiquera les dépenses énergétiques, le peu de scrupules des gouvernements et on posera la question de la croissance démographique.

Durée d’un voyage interstellaire

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

3000

1450

40

36000

17600

50

420000

208000

60

5000000

2400000

Ainsi que l’a très bien expliqué le romancier américain A.E.Van Vogt dans sa fiction “Centaure lointain”, si on ne parvient 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 1g jusqu’à mi-chemin, puis décélérant jusqu’à l’arrivée.

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

Il est donc impératif de discuter des ressources d'énergie et de la politique scientifique pour toutes ces raisons. Si la croissance des populations est contrôlée ou si notre technologie le permet, la curiosité incitera nos descendants à explorer les galaxies.

En conclusion, la colonisation de l'univers comme finalité perd son sens. Doublement quand on sait que le milieu galactique est très hostile et qu'il est hasardeux de s'y aventurer. On ne peut pas non plus toujours vivre en autarcie, isolé dans un vaisseau spatial. Quelques hommes s'y risqueront malgré tout, tout comme il y a trois millions d'années, Lucy explora la vallée voisine de son berceau. Jetant un oeil au ciel, elle n'imaginait pas qu'un jour ses petits enfants lui feraient un signe d'entre les nuages.

Faites de beaux rêves...

Pour plus d'informations

Sur ce site

L'astronautique

La Lune (colonisation)

La colonisation de Mars

Les colonies spatiales en images

Spacelinks (liens)

Ressources

Horizons Newletter, AIAA

Space Studies Institute

Photographies et illustrations

IXS Entreprise de Mark Rademaker (son blog)

NASA Image Galleries

NASA HQ Photo sur Flickr

GRIN

NIX, NASA Technical reports

Illustrations de Fred Freeman

Steven F.Udvar Hazy Center (Air & Space Museum)

National Space Society

The colonization of space (en format HML sur NSS) Gerard K. O'Neill, Physics Today, Vol.27, 9, September 1974, pp32-40.

Space Settlements. A Design Study, NASA, 1977 (PDF couleurs. La plupart des livres vendus sous ce titre sont des reimpressions N/B)

Warp Field Mechanics 101 (PDF), Harold White, NASA, 2011

The Future of Human Evolution

What Will It Take for Humans to Colonize the Milky Way?, Scientific American, 2016

Les concepts de Mark Rademaker (son blog)

Roger Shawyer Explaining The Basic Science behind #EmDrive, YouTube

Evaluating NASA’s Futuristic EM Drive, NASA Spaceflight, 2015

Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum (EM Drive), NASA/ARC, 2016

Quelques livres (cf. détails dans ma bibliothèque dont la rubrique Instruments)

Interplanetary Travel: An Astronomer's Guide, Sten Odenwald, CreateSpace Independent Publ. Platform, 2015

The Art of Space, Ron Miller, Zenith Press, 2014 (en français)

The Science of Interstellar, Kip Thorne et Christopher Nolan, W.W.Norton and co., 2014

The Visioneers, Patrick McCray, Princeton University Press, 2012

Making Starships and Stargates, James F. Woodward, Springer-Verlag, 2012

International Space Station. Owners' Workshop Manual, David Baker, Haynes Publishing, 2012

Lunar Settlements, Haym Benaroya, CRC Press, 2010

Lunar Outpost, Erik Seedhouse, Springer-Verlag NY, 2008

Space Enterprise, Philip Robert Harris, Springer-Verlag NY, 2008

The Art of Chesley Bonestell, Ron Miller et Fred Durant, Paper Tiger, 2001

La conquête de l'espace, Giles Sparrow/Collectif, Flammarion, 2008

Pale Blue Dot, Carl Sagan, Random House, 1994; Headline Book Publ., 1996; Ballantine Books, 1997

Le spatiopithèque, Christian Alexandre et al., Le Mail, 1987/1994

The Starflight Handbook. A Pioneer’s Guide to Interstellar Travel, E.Mallore/G.Matloff, John Wiley & Sons, 1989 (print on demand)

Silence au point d’eau, Emmanuel Davoust, Teknea, 1988

Colonies in Space, T.A.Heppenheimer, Stackpole Books, 1977; Warner Books, 1980

The High Frontier, G.O'Neill, William Morrow & Co, 1976; Jonathan Cape Ltd, 1977; Space Studies Inst. Press, 1989; Apogee Books, 2000

Rendez-vous avec Rama, Arthur C.Clarke, Harcourt, 1973 (uk); Robert Laffont, 1975; J'ai lu, 1980/2002/2011/2014

History of rocketery and space travel, Wernher von Braun et al., Ed. Thomas Y.Crowell, 1966/1969/1975

Constantin-E. Tsiolkovski précurseurs des vaisseaux interplanétaires, P.Bailhache, Ed.du Pont Royal, 1961

The Exploration of Mars, Wernher von Braun et Willy Ley, illustr. C.Bonestell, Viking Press, 1956

Conquest Of the Moon, Wernher von Braun, illustr. C.Bonestell, Viking Press, 1953

The Conquest of Space, Chesley Bonestell et Willy Ley, Viking Press, 1950; Guilde du Livre (vf), 1952

Across The Space Frontier, Wernher von Braun et al., illustr. C.Bonestell, Viking Press, 1952.

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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.

[16] Lire à ce sujet les oeuvres des économistes Malthus, S.Cole, G.O'Neill ou les rapports du Cercle de Rome.


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