Voyagerons-nous un jour dans l’espace à des vitesses proches de celle de la lumière ?

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| Pixabay
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Se déplacer à la vitesse de la lumière permettrait de gagner du temps sur un voyage spatial lointain, en le réduisant à quelques années voire à quelques minutes selon la destination, au lieu de centaines de milliers d’années. Si une telle prouesse technologique se heurte à bien des difficultés et n’est pas envisageable avant longtemps, de nombreuses options ont vu le jour : un moteur à propulsion nucléaire, un Warp Drive, ou encore l’utilisation des trous de ver ou de voiles photoniques. De quoi rendre rêveur.

La lumière est une onde électromagnétique dont la vitesse dans le vide est égale à environ 300 000 000 mètres par seconde (soit l’équivalent de 300 000 kilomètres par seconde). En fait, il s’agit d’un flux de photons de masse nulle, et il est dès lors difficile de concevoir que nous puissions un jour voyager à cette même vitesse, à bord de vaisseaux faisant un certain poids.

D’ailleurs, la théorie de la relativité d’Einstein énoncée au début du 20e siècle explique l’impossibilité d’y parvenir. Selon le principe, un objet prend de la masse avec son accélération. À la vitesse de 300 000 kilomètres par seconde, il posséderait donc une masse énorme, quasi infinie. Comme il faut beaucoup d’énergie pour accélérer un objet lourd, le carburant nécessaire pour atteindre la vitesse de la lumière approcherait donc de l’infini !

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La propulsion nucléaire nécessite une quantité infinie d’énergie

Pourtant, la possibilité d’effectuer des voyages supraluminiques (supérieurs à la vitesse de la lumière) alimente les études sur des technologies aérospatiales avancées le permettant peut-être. En 1947, Stanislaw Ulam (un pionnier de la bombe atomique) souhaite construire un vaisseau spatial à propulsion nucléaire, puisque les explosions nucléaires produisent une poussée très forte. Dans les années 50, le projet Orion étudie la technique, en offrant la possibilité d’une impulsion spécifique élevée pouvant déjà atteindre 7% de la vitesse de la lumière.

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Vue d’artiste du vaisseau à propulsion nucléaire Orion. © NASA

La puissance des explosions nucléaires devait selon les chercheurs permettre de satisfaire les exigences d’une telle poussée par rapport à la masse du vaisseau. C’est la toute première fois qu’une telle idée est envisagée, mais le projet Orion n’aboutira pas à cause des risques liés à la radioactivité. Si d’autres projets ont vu le jour depuis, « ils ne visaient qu’à augmenter considérablement la vitesse atteinte par une fusée à propulsion chimique », explique à Usbek&Rica Roland Lehoucq, astrophysicien au Commissariat à l’énergie atomique. « Les vitesses visées étaient de l’ordre de 1 à 10% de la vitesse de la lumière, ce qui est déjà considérable au regard des propulseurs actuels, qui plafonnent à moins de 0,01% de la vitesse de la lumière ». Aujourd’hui, il ne reste plus qu’un seul organisme (la Tau Zero Foundation) qui rêve du vaisseau supraluminique.

En réalité, la technique de propulsion avec des moteurs classiques paraît assez faible au vu de la quantité d’énergie qu’elle nécessite. « Faire circuler de la matière massive exactement à la vitesse de la lumière nécessiterait une quantité infinie d’énergie », ajoute le chercheur. « À titre d’exemple, la simple énergie de mouvement d’un vaisseau de 1000 tonnes lancé à 10% de la vitesse de la lumière est équivalente à l’énergie consommée par l’humanité en une année ».

Le moteur à distorsion (ou Warp Drive) déformerait l’espace-temps pour atteindre des vitesses supraluminiques

Le type de moteur doit donc changer, et c’est ainsi qu’en 1994, Miguel Alcubierre envisage de concevoir un vaisseau équipé d’un moteur à distorsion, dont la théorie ne viole pas les lois de la relativité générale d’Einstein. Le moteur Warp Drive est censé déformer l’espace-temps pour fonctionner, en utilisant l’énergie noire (possiblement à l’origine de l’accélération de l’expansion de l’univers) et des dimensions supplémentaires, d’après un rapport du département de la Défense des États-Unis, rendu public.

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Le Warp Drive est un moyen théorique de propulsion supraluminique utilisant la distorsion de l’espace-temps. © ElixirOfKnowledge

« Le contrôle de ces dimensions spatiales supplémentaires pourrait permettre de manipuler technologiquement la densité de l’énergie noire et pourrait aboutir au développement de technologies de propulsion exotiques ; notamment le Warp Drive », peut-on y lire. « Des voyages entre les planètes de notre système solaire ne prendraient alors que quelques heures plutôt que des années, et des voyages vers les systèmes stellaires locaux ne prendraient que quelques semaines plutôt que des centaines de milliers d’années ».

Pour mieux envisager son fonctionnement, il faut comprendre que si la vitesse de déplacement des particules ne peut excéder la vitesse de la lumière, la déformation ondulatoire de l’espace-temps (qui se contracte dans une direction et se dilate dans une autre) pourrait changer la donne. En effet, elle permettrait à l’hypothétique vaisseau spatial de « surfer » sur la vague d’espace-temps, car les particules portées par son tissu s’éloigneraient alors les unes des autres à des vitesses élevées.

Seulement, un moteur Warp Drive doit utiliser une énergie « exotique » qui se comporte comme une énergie négative (via des effets quantiques). Il s’agirait de « manipuler » l’énergie noire afin de dilater une dimension supplémentaire, qui formerait une bulle capable de contenir un vaisseau ou un volume de 100 m³. Mais là aussi, créer une telle bulle nécessiterait une quantité d’énergie noire dont la masse serait quasi infinie, et les physiciens ne connaissent pas encore la nature de cette énergie, ni comment la produire ou la stocker.

Il faut alors se tourner vers d’autres options, comme celle d’utiliser les trous de ver créés à la suite de la mort d’une étoile. En astrophysique, un trou de ver désigne un objet hypothétique qui relierait deux régions distinctes de l’espace-temps (avec d’un côté un trou noir et de l’autre côté un trou blanc), formant un raccourci plus rapide que la lumière à travers l’espace-temps. Sauf que pour rejoindre ce trou de ver éloigné de nous, il faut bien trouver une solution de déplacement rapide dans l’espace…

Envisager d’autres solutions technologiques

En 2020, des astronomes ont découvert des structures invisibles générées par des interactions gravitationnelles dans le Système solaire : des « autoroutes cosmiques » qui permettent un déplacement rapide. En matière d’efficacité, le réseau peut par exemple transporter (sans propulsion) des objets jusqu’à Neptune en une décennie.

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Autrement, une technologie appelée MEGA (Mach Effect Gravity Assist) comprend un autre type de système qui ne nécessite aucun combustible, seulement une source d’électricité. Mais le projet le plus réalisable pourrait bien nécessiter de concevoir une voile photonique interstellaire qui propulserait des vaisseaux spatiaux à 20% de la vitesse de la lumière, assez rapidement pour faire le voyage jusqu’au système stellaire et planétaire le plus proche en une vingtaine d’années seulement (au lieu de plusieurs millénaires), par exemple. Dans le cadre du projet Breakthrough Starshot, les chercheurs ont déjà commencé à optimiser sa conception, en tenant compte de la pression photonique sur la voile et la possibilité d’une déchirure de sa structure.

Du côté des records, la sonde d’exploration du système solaire Helios 2 a tout de même atteint la vitesse de 253 000 km/h. Mais Parker Solar Probe l’a dépassée en atteignant les 700 000 km/h, ce qui est encore très loin de la vitesse de la lumière.

Augmenter constamment la vitesse des engins spatiaux est un défi de taille qui nécessite beaucoup de temps et de ressources, et la recherche et développement de nouvelles technologies pour y parvenir est un domaine dont les avancées sont difficiles à prédire, car fortement dépendantes de travaux de recherche théorique. Si des technologies en cours de développement promettent de bientôt de s’en approcher, leur arrivée à maturation nécessitera probablement des décennies voire des siècles.

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