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Comme nous le savons tous, l’Univers est extrêmement vaste. Et, à cause des limites imposées par la relativité restreinte, voyager jusqu’aux systèmes stellaires les plus proches pourrait nous prendre des milliers d’années. En effet, selon des chercheurs qui ont effectué des estimations, le temps de trajet estimé pour arriver vers le système stellaire le plus proche (soit Alpha Centauri), pourrait être de 19’000 à 81’000 ans si nous utilisions les technologies actuelles.

C’est pour cette raison que de nombreux théoriciens ont recommandé à l’humanité de s’appuyer sur des vaisseaux spatiaux dits générationnels, pour répandre le germe de l’humanité parmi les étoiles.

Bien entendu, un tel vaisseau spatial gigantesque présente de nombreux défis qu’il faudrait surmonter pour pouvoir transporter autant de personnes à son bord. Dans le cadre d’une nouvelle étude, une équipe internationale de scientifiques a abordé cette question et a déterminé qu’il faudrait beaucoup d’espace intérieur (dans le vaisseau). Vraiment beaucoup.

L’étude en question a été dirigée par Frédéric Marin de l’Observatoire astronomique de Strasbourg et par Camille Beluffi, physicienne des particules de la start-up scientifique Casc4de. Ces derniers ont été rejoints par Rhys Taylor de l’Institut d’astronomie de l’Académie tchèque des sciences, ainsi que par Loic Grau de la société d’ingénierie en structures Morphosense.

Cette étude est la dernière d’une série d’études menée par Marin et Beluffi, qui traitent des défis liés à l’envoi d’un vaisseau spatial multigénérationnel vers un autre système stellaire. Dans une étude précédente, ils avaient déjà examiné la taille de l’équipage d’un tel vaisseau spatial, pour arriver à destination en bonne santé.

Les chercheurs ont pu effectuer ces calculs grâce à un logiciel de code numérique développé par Marin lui-même, appelé « HERITAGE ». Ce dernier décrit le logiciel comme « un code de Monte Carlo stochastique qui rend compte de tous les résultats possibles des simulations spatiales en testant chaque scénario randomisé pour la procréation, la vie et la mort ». (À savoir que le terme code de Monte Carlo désigne une famille de méthodes algorithmiques visant à calculer une valeur numérique approchée en utilisant des procédés aléatoires, c’est-à-dire des techniques probabilistes). Puis, à partir de leur analyse, les scientifiques ont déterminé qu’il faudrait au moins 98 personnes pour accomplir une telle mission multigénérationnelle vers un autre système stellaire, sans risque de troubles génétiques ni d’autres effets négatifs associés aux mariages mixtes.

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Dans le cadre de cette étude, l’équipe a également abordé la question, tout aussi importante, de savoir comment nourrir l’équipage. Étant donné que les stocks d’aliments séchés ne constitueraient pas une option viable (car ils se détérioreraient et se décomposeraient au cours des siècles de transit du vaisseau), le vaisseau spatial et son équipage devraient être équipés pour pouvoir cultiver leur propre nourriture.

Bien entendu, cela soulève la question de savoir combien d’espace serait nécessaire dans le vaisseau spatial, pour produire assez de récoltes et nourrir toutes les personnes à bord. Et puis, il y a bien évidemment la question de la taille de l’engin spatial, qui reste un problème majeur. « Plus le vaisseau est lourd, plus il est coûteux de le lancer dans l’espace. Ensuite, plus le vaisseau spatial est gros/lourd, plus le système de propulsion sera compliqué et coûtera cher en ressources », a déclaré Marin. « En fait, la taille du vaisseau spatial contraindra de nombreux paramètres. Dans le cas d’un vaisseau spatial générationnel, la quantité de nourriture que nous pouvons produire est directement liée à la surface à l’intérieur du vaisseau. Cette zone est, à son tour, liée à la taille de la population à bord. Ces éléments sont intrinsèquement liés », a expliqué l’équipe.

Pour répondre à la question importante : « quelle taille devrait avoir un vaisseau spatial de ce type ? », les chercheurs ont, à nouveau, utilisé le logiciel HERITAGE. Comme ils l’indiquent dans leur étude, le logiciel « rend compte des caractéristiques biologiques dépendant de l’âge, telles que la taille et le poids, et des caractéristiques liées au nombre variable de colons, telles que les taux d’infertilité, de grossesse et de fausse couche ». L’équipe de recherche a également pris en compte les besoins caloriques de l’équipage, dans le but de calculer la quantité de nourriture qu’il faudrait produire par an.

Donc, pour ce faire, l’équipe a inclus des données anthropomorphes dans les simulations, afin de déterminer la quantité de calories qui serait consommée en fonction de l’âge, du poids, de la taille, du niveau d’activité et d’autres données médicales des passagers du vaisseau spatial.

« En utilisant l’équation de Harris-Benedict pour estimer le taux métabolique de base d’un individu, nous avons évalué le nombre de kilo-calories à consommer par jour et par personne afin de maintenir un poids corporel idéal. Nous avons pris soin d’inclure les variations de poids et de taille pour tenir compte d’une population réaliste, en considérant des corpulences lourdes/légères et des personnes de grande taille/petite taille. Une fois les besoins caloriques estimés, nous avons calculé la quantité de techniques de culture géoponique, hydroponique et aéroponique des aliments pouvant être produite par an et par kilomètre carré », ont expliqué les chercheurs.

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C’est en comparant ces chiffres avec les techniques d’élevage conventionnelles et modernes, que les chercheurs ont pu prévoir la quantité de terres artificielles qu’il faudrait attribuer à l’agriculture, à l’intérieur du vaisseau spatial. Puis, les scientifiques ont basé leurs calculs globaux sur un équipage relativement important (soit de 500 personnes) : « Nous avons constaté que, pour un équipage hétérogène, composé par exemple de 500 personnes vivant sur un régime alimentaire équilibré et omnivore, une superficie de 0.45 km² de terres artificielles suffirait pour faire pousser toute la nourriture nécessaire en combinant : l’aéroponie (pour les fruits, les légumes, l’amidon, le sucre et l’huile) et l’agriculture conventionnelle (pour la viande, le poisson, les produits laitiers et le miel) », a expliqué Marin.

Comme le soulignent les chercheurs, ces valeurs fournissent également certaines contraintes architecturales quant à la taille minimale du vaisseau lui-même. En supposant que le vaisseau spatial ait été conçu pour générer une gravité artificielle par la force centripète (c’est-à-dire un cylindre en rotation), il faudrait un minimum d’environ 224 mètres de rayon et de 320 mètres de longueur.

vaisseau spatial generationnel cylindre gravite artificielle

« Bien sûr, d’autres installations que l’agriculture sont nécessaires – des habitations humaines, des salles de contrôle, de production d’énergie, de réaction et moteurs. Tout cela rend le vaisseau spatial au moins deux fois plus grand. (…) même si nous venions à doubler la longueur du vaisseau spatial, il s’agirait toujours d’une structure plus petite que le plus grand bâtiment au monde – soit le Burj Khalifa (qui fait 828 m de haut) », a ajouté Marin.

Pour de très nombreux amateurs d’exploration de l’espace interstellaire ainsi que des scientifiques à travers le monde, cette dernière étude (ainsi que les autres études précédentes menées par l’équipe de recherche), est d’une grande importance ! En effet, cette dernière permet de fournir des éléments de plus en plus précis quant à l’architecture d’un vaisseau spatial de ce genre.

Au-delà de simples propositions théoriques sur ce qui serait impliqué dans le vaisseau spatial, ces études fournissent des chiffres réels sur lesquels les scientifiques pourront peut-être travailler un jour. De plus, et comme l’a expliqué Marin, un projet aussi grandiose (qui peut sembler très intimidant à première vue), apparaît d’autant plus réalisable : « Cette étude nous donne un aperçu de la possibilité réelle de créer des vaisseaux spatiaux de ce type. Nous sommes déjà en mesure de construire de telles structures sur Terre, et nous avons maintenant quantifié avec précision l’ampleur de la surface dédiée à l’agriculture dans des vaisseaux de ce type, afin que la population puisse se nourrir lors de voyages de plusieurs siècles ».

Selon Marin, le seul véritable problème à résoudre, est l’eau au sein du vaisseau spatial. En effet, toute mission impliquant une équipe nombreuse, qui passe plusieurs siècles dans l’espace interstellaire, aura besoin de beaucoup d’eau pour s’hydrater, irriguer et assainir. Malheureusement, il est impossible de compter uniquement sur des méthodes de recyclage pour assurer un approvisionnement régulier. Cette question sera donc au centre de la prochaine étude de l’équipe de recherche. « Dans les espaces lointains (loin des planètes, des lunes ou des gros astéroïdes), l’eau pourrait être très difficile à collecter. Les ressources à bord du vaisseau pourraient alors souffrir du manque d’eau. Nous devons consacrer nos enquêtes futures à résoudre ce problème », explique Marin.

Concernant ce vaisseau hypothétique, nous pouvons bien entendu nous demander simplement « est-ce réalisable » ? Et là encore, une fois de plus, la réponse reste assez simple et se transforme en question à son tour : « combien sommes-nous prêts à dépenser ? ». Il ne fait aucun doute qu’une mission interstellaire, quelle que soit sa forme, nécessiterait un engagement massif en termes de temps, d’énergie, de ressources et d’argent.

Cela exigerait également que les voyageurs soient prêts à risquer leur vie, de sorte que seules les personnes réellement aventureuses pourraient postuler. Mais, et peut-être avant tout, il faudrait que ces dernières aient la volonté de mener à bien la mission. À l’heure actuelle, et sauf urgence ou nécessité extrême (c’est-à-dire que la planète Terre soit condamnée, par exemple), il reste difficile à concevoir que tous ces facteurs soient réunis.

Il est donc très important de savoir combien nous coûterait exactement une telle mission (en termes d’argent, de ressources et de temps), afin de pouvoir élaborer un tel projet : il s’agit là donc d’une enthousiasmante première étape pour une future et potentielle colonisation d’un autre système stellaire.

Source : arXiv.org

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