TPE : La vie humaine ailleurs ?

Les projets des astrophysiciens

          Les astrophysiciens ne cessent de s'interroger sur les projets du futurs qui leur permettraient de faire passer l'exploration spatiale à la vitesse supérieure ! Nous connaissons déjà les satellites artificiels, ces machines créées par l'Homme pour tourner autour d'une planète, comme par exemple les satellites de communication ou encore les sondes spatiales. Le plus ancien objet artificiel de l'espace a été lancé en 1958 : il s'agit de Vanguard 1, alimenté par des panneaux solaires. Les sondes spatiales, quant à elles, sont des engins spatiaux inhabités qui permettent de visiter virtuellement les corps célestes, comme le Soleil et les planètes qui gravitent autour, certaines lunes et même des astéroïdes et des comètes ! Mais, maintenant que nous savons quels ont été les premiers engins envoyés dans l'espace par le passé, pourquoi ne pas nous intéresser aux projets d'avenir des astrophysiciens ?

          Nous l'avons vu avec les avancées technologiques : la course aux étoiles est lancée. Sondes du futurs, télescopes super-performants, vaisseaux spatiaux...Tout ceci est consigné dans le super-dossier des scientifiques concernant l'avenir de l'Univers...Parce qu'après tout, pourquoi ne pas voir vraiment grand avec des engins ultra-perfectionnés qui nous permettraient un jour de visiter les planètes de notre Système solaire, mais aussi les systèmes planétaires se trouvant dans le reste de notre galaxie ! Tout d'abord, nous donnerons une définition de la colonisation martienne dans une fiche détailles, puis nous nous intéresserons aux sondes et télescopes appartenant aux futurs projets des scientifiques, avant de découvrir les bolides spatiaux de l'avenir et les énergies qu'ils utilisent.

A) FICHE TECHNIQUE : Qu'est-ce que la colonisation de Mars ?

La terraformation de Mars comporte plusieurs étapes à sa réalisation :

• L'état des lieux : Il est très important de connaitre le territoire que l'on souhaite s'approprier nous devons donc établir la situation de la planète...Ainsi, l'atmosphère de Mars a un climat allant de -140°C à 0°C l'hiver à 20°C l'été, sa pression est inférieure à 1% de la valeur terrestre, elle est constituée de gaz carbonique à 95%, d’azote, d’argon et d’oxygène et autres gaz, l'eau est à l'état de vapeur, de nuages de glace ou du brouillard, et elle est animée de fortes tempêtes pouvant durer plusieurs mois. Parmi les vestiges du passé, on a : des volcans éteints, des cratères, des canyons et des lits de rivières asséchés. Ces diverses formations sont chacune regroupées dans un hémisphère donné.
• La modification de l'atmosphère : Mars a une atmosphère bien trop fine pour être propice à la vie, c'est là la mission principale de la terraformation. Les théories plus reconnues sont de : reformer une atmosphère dense, en important de l’eau, ce qui faciliterait les modifications atmosphériques grâce à leurs réactions. L’eau est également primordiale à la vie, le processus inverse est donc envisageable également, importer du méthane ce qui aiderait à établir un effet de serre pour l’atmosphère et permettrait d’augmenter la pression atmosphérique. De plus, ce gaz peut être utilisé pour produire du dioxyde de carbone et de l’eau : CH4 + 4 Fe2O3 ⇒ CO2 + 2 H2O + 8 FeO. La réaction pourra être produite par la chaleur des rayons solaires sur Mars. Le réchauffement climatique est important pour que des vies puissent s’installer sur la planète. Augmenter l’effet de serre est une bonne solution, mais cela implique une atmosphère suffisamment dense, cela se ferait alors après la reconstruction de l’atmosphère. D’après Robert Zubrin, le président de la Mars Society, il suffirait d’une augmentation rapide de 4°C pour lancer le processus de réchauffement qui se prolongerait de lui-même.
• Les limites du projet : Bien évidemment, ce projet à ses limites : la technologie n'est, pour le moment, pas assez évoluée, la masse de la planète Mars et son attraction gravitationnelle sont plus faible que celles de la Terre, car elle est aussi plus petite, les gaz qui sont censés être recréés pourraient ne pas constituer l'atmosphère martienne du fait de la pression qui est trop faible, le champ magnétique, depuis le deuxième bombardement de comètes sur la planète, a disparu, il n'y a donc pas de protection contre les rayonnements et vents solaires, et, enfin, le dernier grand problème relève de l'éthique, certains scientifique trouvent absurde ou immorale cette idée de terraformer Mars.

B) Des sondes et des télescopes de plus en plus performants

          La plupart des découvertes spatiales on eu lieu grâce à ces merveilles technologiques que sont ces sondes et ces télescopes, ceux-ci ne cessent d'évoluer depuis un bon nombre d'années...

a) Le télescope James-Webb, successeur d'Hubble

          Très attendu, le télescope spatial James-Webb est considéré par certains comme le successeur de Hubble. Ayant été mis à l’épreuve, il a récemment complété avec succès les tests préliminaires, avant son lancement définitif.

          Le télescope James-Webb passait il y a quelques jours avec succès les tests de vide cryogénique qui ont au total duré plus de 100 jours, consolidant ainsi les capacités et le potentiel de l’instrument. Lors d’une conférence de presse tenue le 10 janvier 2018 par la NASA, les responsables du Johnson Space Center à Houston ont notamment évoqué ces essais réussis au sein du « plus grand congélateur spatial au monde », tel que décrit par Mark Voyton. Ces expérimentations ont en effet été menées dans la chambre à vide A du centre, qui a notamment servi à la préparation de la célèbre mission spatiale Apollo. Il s’agit d’une installation d’essai de vide thermique qui « aura permis à l’équipe de tester avec succès l’instrument et ses pièces aux températures extrêmes ressenties dans l’espace ».

          Ces tests ont par ailleurs confirmé que tous les miroirs et autres instruments du télescope étaient parfaitement alignés, les 18 segments du miroir primaire fonctionnant tous comme un seul miroir monolithique. Avant de se rendre sur son site de lancement, l’instrument sera prochainement transporté dans un observatoire pour subir des tests environnementaux, c’est suite à ces expérimentations finales que devrait avoir lieu sa mise en service, normalement au début de l’année 2019.

          Les capacités du télescope, 100 fois plus puissant que Hubble, surpasseront donc de loin tout ce qui a été créé auparavant. Ce télescope gigantesque, décrit par Voyton comme « la meilleure machine à remonter le temps au monde », a déjà fait preuve de ses capacités en détectant la lumière d’une étoile simulée pour la première fois. Le sous-système de guidage de précision a non seulement réussi à générer la position de la lumière, mais aussi à suivre son mouvement.

          S’agissant d’un instrument infrarouge, contrairement à Hubble et sa lumière visuelle, le télescope James-Webb nécessite un environnement extrêmement froid, tel celui ressenti dans la chambre à vide. Une fois en orbite, il pourra alors observer la lumière des premiers instants de l’Univers. Il nous donnera également une vision claire des exoplanètes et de leur atmosphère, révélant probablement des mondes semblables à la Terre, qui pourraient tenir la promesse de soutenir une vie extraterrestre. 

b) "Extremely Large Telescope"...tout est dans le nom

          L’astronomie optique (astronomie qui collecte les rayonnements visible et de l’infrarouge proche) est en train d’effectuer un bon fantastique de capacité sur la base de deux technologies nouvelles, l’optique active / adaptative et les miroirs segmentés. En effet ces technologies permettent la construction en cours des ELT (Extremely Large Telescope) qui succèdent ainsi aux grands télescopes des années 1990/2000 du type VLT (Very Large Telescope).

          Nous disposons déjà du LBT (Large Binocular Telescope) et allons d’ici à 2025 pouvoir utiliser les TMT (Thirty Meter Telescope), GMT (Giant Magellan Telescope) et E-ELT (European Extremely Large Telescope). Des sources d’énergies spatiales qui nous sont encore inaccessibles (époque de la réionisation de l’Univers, trou noir galactique) de même que les exoplanètes de taille terrestre des systèmes stellaires proches, nous deviendront ainsi « visibles ».

          Les quatre ELT ont beaucoup en commun même si la progression se poursuit de l’un à l’autre (les TMT et l’E-ELT étant plus évolués que le LBT et le GMT). Il y a eu un saut par rapport à la génération précédente, car à partir des 8 à 9 mètres de diamètre, les grands miroirs primaires monolithiques butent sur de vrais problèmes de réalisation et d’utilisation. La masse, le volume, les variations thermiques, les déformations dues au poids deviennent extrêmement difficile à gérer. Arrivés à cette constatation, les concepteurs des télescopes Keck mis en service en 1993, avaient déjà démontré les possibilités et les avantages des miroirs minces (de 0,5 à 5 cm d’épaisseur) segmentés (hexagones de moins d’un mètre d’apothème). La substitution de ces miroirs aux lourds miroirs concave monoblocs traditionnels n’était évidemment possible que grâce à l’optique active (pour pallier les déformations dues à la masse même des miroirs) puis adaptative (une multitude d’acteurs agissant extrêmement rapidement pour adapter la surface aux perturbations atmosphériques) que les progrès de l’informatique rendaient possible (et qui se sont accélérés). L’avantage de masse, l’avantage thermique, l’avantage de transport et de manipulation sont énormes. C’est donc cette voie que l’on utilise maintenant d’une façon générale, pour continuer à augmenter la taille des miroirs primaires.

          L’instrumentation est semblable dans tous les cas (mais également évolutive vers des capacités de plus en plus remarquables). Il s’agit de caméras extrêmement puissantes, de spectrographes, et d’appareils pour coordonner les ondes collectées, situés sur des plateformes extérieures au tube du télescope. La lumière leur est accessible via un miroir tertiaire mobile de type « Nasmyth » qui renvoie latéralement la lumière (par un orifice ménagé dans la paroi du tube) et qui permet de passer très rapidement de l’un à l’autre du fait de leur disposition sur ces plateformes.

Visualisation de l'E-ELT

Visualisation du LBT

Visualisation du GMT

Visualisation du TMT

C) Les bolides galactiques, des projets de plus en plus fous...

          Si un jour on veut visiter les systèmes solaires de notre galaxie, il va nous falloir de vrais bolides spatiaux, qui seront capables d'avaler les milliards de kilomètres nous en séparant...Et ces engins galactiques futuristes, bien que toujours imaginaires, ne sont pas seulement des concepts de la science-fiction...

a) Le vaisseau carburant à l'antimatière

          L'antimatière a déjà été nommée "énergie du futur" dans les œuvres de sciences fictions, mais l'idée de fabriquer un vaisseau se propulsant à vitesse incroyable grâce à ce carburant n'en est pas moins scientifique. Au contraire, c'est un projet bien réel, même si, malheureusement, il est quasiment (pour ne pas dire totalement) impossible pour nous, pauvres mortels de notre génération, de voir un jour ce projet se réaliser sous nos yeux...Comment fonctionnerait donc ce vaisseau spatial ?

          Tout d'abord, intéressons-nous à ce que représente l'antimatière. Il s'agit bien du "côté obscur de la matière" ! Plus précisément, chaque particule formant nos atomes de matière, comme les protons et les électrons, possède un double d'antimatière, dont les propriétés sont inversées. C'est le même principe que si nous nous regardions dans un miroir : nous représentons la matière, tandis que notre reflet symbolise l'antimatière. C'est pour cela que l'antiparticule de l'électron (dont la charge est environ -1,6.10^-31C), est appelée le positon. Il garde la même masse (d'environ 9,1.10^-31), mais leur charge électrique est inversée : négative pour l'électron, elle devient positive pour le positon. Normalement, il devrait y avoir autant d'antimatière que de matière dans l'Univers alors, me direz-vous...Après tout, il n'y a aucune raison pour que l'une se soit formée plus que l'autre lors du Big Bang (phénomène marquant l'apparition brutale de l'Univers il y a 13,8 milliards d'années). Or, l'antimatière a quasiment...disparu ! Elle n'apparaît que parmi les résidus de certaines désintégrations de particules, et toujours de manière fugace...Et c'est là un des plus grand mystère de la physique ! Alors, si nous voulons disposer de l'antimatière, il va falloir que nous en fabriquons...

          Autant le dire tout de suite : ce ne va pas être de tout repos ! Nous ne sommes pas encore au niveau de Star Trek, avec son fabuleux Enterprise, vaisseau fonctionnant depuis longtemps à l'antimatière, mais nous savons déjà quelles sont les qualités de ce carburant. Avec seulement 20 kg d'antimatière, il est possible d'envoyer une sonde d'une tonne à une vitesse de 130 millions de kilomètres par heure ! Vous imaginez un peu : un voyage jusqu'à Proxima du Centaure ne durerait qu'un peu plus de 40 ans (Proxima du Centaure est l'étoile la plus proche de nous, située à 41 000 milliards de kilomètres...). Mais comment cela est-il possible ? Et bien, grâce à la rentabilité de l'antimatière bien sûr ! Je m'explique : lorsqu'une particule d'antimatière rencontre une particule de matière, elles se convertissent spontanément en énergie dite "pure", grâce à la formule E = Mc². C'est le même principe que celui de la bombe atomique : un simple gramme d'antimatière suffit à déclencher une explosion semblable à celle qui détruisit la ville d'Hiroshima au Japon, en 1945...

          Il est possible de fabriquer l'antimatière dans ce que l'on appelle des collisionneurs de particules, ces appareils qui "cassent" la matière afin d'étudier les composants fondamentaux (un exemple de collisionneur est le LHC, ou Large Hadron Collider, en Suisse). Il est alors inutile de préciser la dangerosité de l'antimatière : une fausse manipulation, et ce n'est pas seulement la Terre, mais tout le Système solaire qui s'éparpillera dans la galaxie à la manière d'un puzzle...Pour que l'engin du futur puisse être fonctionnel, il faudrait donc éviter de le faire démarrer à l'antimatière quand il est encore à la surface de notre planète...C'est pour cela que les physiciens proposent d'envoyer en orbite le vaisseau à bord d'une fusée classique, avant de le laisser fabriquer son carburant à petite dose tout au long du trajet vers Proxima du Centaure...Quitte à choisir entre l'explosion du Système solaire ou un décollage un peu moins spectaculaire, nous imaginons que la réponse est déjà toute trouvée...

          Comment faire alors jaillir des antiparticules du vide ? Pour cela, il suffirait de délivrer une puissance de l'ordre de 10-29 watts en un point de l'espace à l'aide de lasers, ces faisceaux lumineux très énergétiques. L'énergie apportées se transforment alors en gerbe de particules et d'antiparticules associées. Un fois l'antimatière produite, pas question de la mettre dans un réservoir ! On va alors la manipuler à distance en l'utilisant comme un propulseur. Il ne nous reste alors qu'à produire assez d'énergie avec des lasers, comme avec Apollon, l'un des plus puissants faisceaux lumineux du monde en cours d'installation en France. Est-ce alors un premier pas vers les étoiles ?

          Ainsi, on peut insister sur l'idée que le vaisseau carburant à l'antimatière n'est pas purement fictive : le simple fait que la bombe atomique est un jour vue le jour nous montre que tout n'est pas impossible. Cependant, pour le moment, il est certain que la seule chose astronomique dans l'antimatière n'est pas sa quantité mais...son prix ! 9 000 milliards d'euros environ pour un gramme, on a comme l'impression que le prix du billet sur notre futur Enterprise ne sera pas très bon marché...

Image de synthèse du vaisseau marchant grâce à un

anticarburant : l'Enterprise de Star Trek

b) La voile solaire

          Naviguer à la voile solaire, comme dans La planète aux trésors de Disney, ce n'est peut-être pas une idée si fabuleuse finalement...On a du mal à y croire, et pourtant, les astrophysiciens se penchent sérieusement sur la question. Vous êtes vous déjà imaginé un jour crier depuis le vide intersidérale "Hissez la grande voile ! Cap vers les étoiles !" ? Non ? Nous oui...Comment serait-ce possible ?

          La voile solaire permettrait à un vaisseau spatial de voyager à plus de 50% de la vitesse de la lumière (50% de 300 000 km/s, soit 540 millions de km/h)...Et pas la peine d'attendre que le vent se lève (de toute manière, dans l'espace, il n'y en a pas) : il suffira simplement de se servir de la lumière, que l'on nomme alors le "vent" de photons. Pour cela, un photon frappant la voile lui transmettrait sa propre quantité de mouvement, qui correspond à l'énergie du photon divisée par la vitesse de la lumière. Si la voile est noire, le photon disparaît, cédant son énergie et sa quantité de mouvement à la voile qui avance alors. Si, au contraire, la voile est réfléchissante, le photon repart en sens inverse sans céder d'énergie, et avec une quantité de mouvement inverse, un peu comme une balle rebondissant contre un mur...

C'est donc à la manière des molécules d'air heurtant la voile d'un navire que les photons vont communiquer de l'énergie en frappant celle de notre vaisseau. Seule la taille diffère, car les photons n'ont pas de masse, mais de l'énergie que nous devons récupérer pour avancer. Petit problème : cette énergie est infime. Il faudra donc, pour un tel projet que notre futur bateau spatial, une grande quantité de photons et des voiles de grande taille.

          La première idée pour mener à bien le projet serait de se servir de l'énergie produite par le Soleil, qui nous permettrait alors d'explorer le Système solaire tranquillement, grâce à ses photons fiables et gratuits. Cependant, ce ne serait pas suffisant pour quitter notre système, car la lumière commence à se raréfier après que nous ayons passé Jupiter. C'est pour cela que les chercheurs ont émis l'hypothèse d'utiliser un laser pour gonfler la voile. Bien que moins puissant que le Soleil, son rayonnement lumineux sera moins dispersé et se concentrera sur un seul point. Il faudra alors mettre notre énorme laser en orbite autour de la Terre avant de pouvoir gonfler la voile...Sauf que ce laser ne s'alimentera pas tout seul ! Pour lui fournir l'énergie dont il a besoin, il lui faudrait être alimenté par plusieurs centrales nucléaires. De plus, malgré l'immensité de la voile (des centaines de kilomètres carrés), la précision du laser n'est pas à négliger : il sera très difficile de viser notre vaisseau à plus de 4,3 années-lumières.

          Ainsi, en 2010, l'agence spatiale japonaise, la Jaxa, a déployé dans l'espace une voile de 200m² faite en résine ultrafine, réfléchissante et légère (elle pèse seulement 15 kg) nommée Ikaros. L'agence voulait alors montrer que la voile pouvait être propulsée par les photons solaires...Et ça a marché ! Elle a subi une pression équivalente à celle exercée par un objet d'un dixième de gramme. Depuis, évidemment, la voile solaire a "le vent en poupe". Cette année 2018, nous savons que la Nasa envisage d'expédier un minisatellite à l'aide d'une voile vers un astéroïde. Quant au milliardaire Iouri Milner, il a mis 100 millions d'euros dans la création de la première sonde capable, dans 20 ans, d'aller sur Proxima du Centaure à l'aide d'une voile propulsée au laser. Nous avons déjà vu le principe de la miniaturisation des engins spatiaux...La prochaine étape, lorsque nous serons parvenus à expédier des sondes spatiales vers d'autres systèmes solaires, sera d'y envoyer des êtres humains...

Image de synthèse de la future voile solaire

          En conclusion, la voile solaire est une idée fortement appréciée par les astrophysiciens, notamment parce que, contrairement, par exemple, au vaisseau carburant à l'antimatière, son carburant n'est pas totalement inconnu. Peut-être voyagerons-nous un jour à bord d'un vaisseau volant vers d'autres cieux, à la manière du Capitaine Crochet dans Peter Pan. Mais pour le moment, nous nous contenterons d'observer les étoiles à travers des télescopes toujours plus performants, rêvant d'aventure sur les ponts de l'USS Enterprise...