Voyager à la vitesse de la lumière

Chaque semaine, on découvre de nouvelles exoplanètes, dont certaines potentiellement habitables. Mais pour gagner l’une d’entre elles, il faut trouver le moyen de se déplacer aussi vite que la lumière. En théorie, c’est possible. En pratique, c’est plus compliqué. Passage en revue des pistes les plus crédibles pour pouvoir se mettre, un jour, dans la peau du capitaine Kirk.

Nous sommes en 1947 quand Stanislaw Ulam, l’un des pères de la bombe atomique, envisage de construire un vaisseau spatial à propulsion nucléaire. Son concept est à la fois simple et révolutionnaire idée : faire exploser simultanément de mini-bombes nucléaires pour générer une poussée extrêmement forte, suffisante pour atteindre dans l’espace 7 % de la vitesse de la lumière. Autrement dit, il s’agit d’exploiter le formidable potentiel de l’énergie atomique pour concevoir le un vaisseau à grande vitesse du futur. Mais le projet Orion va capoter, à cause des risques liés à la radioactivité. Il n’empêche : pour la toute première fois, un concept de vaisseau spatial pouvant se déplacer à une fraction non négligeable de la vitesse de la lumière a été mis à l’étude.

Vue d'artiste d'un vaisseau Orion selon les principes de conception de la NASA.
Vue d’artiste d’un vaisseau Orion selon les principes de conception de la NASA. / © NASA

Un record à 253 000 km/h

Soixante-dix ans plus tard, la Tau Zero Foundation est le seul organisme de recherche à plancher encore sérieusement sur la mise au point d’un tel vaisseau. Un rêve entretenu par un financement annuel de 500 000 dollars alloué par la Nasa depuis 2011, date à laquelle l’équipe scientifique de cet organisme américain s’est donné pour mission de rendre possible le voyage interstellaire. Le défi est immense quand on sait que le véhicule le plus rapide jamais conçu à ce jour est la sonde d’exploration du système solaire Helios 2, qui a atteint la vitesse record de 253 000 km/h… soit une fraction infime de la vitesse de la lumière.

« Les propulseurs actuels plafonnent à moins de 0,01 % de la vitesse de la lumière »

À la suite du projet Orion, d’autres programmes prometteurs ont vu le jour. « Mais ils ne visaient qu’à augmenter considérablement la vitesse atteinte par une fusée à propulsion chimique, constate 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. »

La méthode la plus « simple » pour exploiter l’énergie dégagée par la fission nucléaire est ce qu’on appelle la propulsion nucléaire thermique. Sur le papier, le procédé n’est pas bien compliqué : un gaz circule dans le cœur nucléaire de la fusée, puis il est réchauffé par ce même cœur à très haute température, avant d’être expulsé à très grande vitesse par une tuyère (un tuyau de refoulement du gaz, Ndlr). L’autre méthode, c’est la propulsion nucléaire dite « électrique ». Elle consiste à utiliser un réacteur nucléaire pour produire l’électricité qui fait fonctionner des propulseurs ioniques : un gaz est ionisé avant d’être accéléré à grande vitesse par un champ électrique.

Capture d'écran du site de la Tau Zero Foundation
Capture d’écran du site de la Tau Zero Foundation

Comme sur un tapis roulant

Mais les agences spatiales ont fini par prendre conscience qu’il est impossible d’atteindre la vitesse de la lumière en se contentant de booster des systèmes de motorisation classiques. D’autant que la quantité d’énergie requise pour se déplacer aussi vite pose depuis toujours un problème quasi insurmontable. « Faire circuler de la matière massive exactement à la vitesse de la lumière nécessiterait une quantité infinie d’énergie. À titre d’exemple, la simple énergie de mouvement d’un vaisseau de 1 000 tonnes lancé à 10 % de la vitesse de la lumière est équivalente à l’énergie consommée par l’humanité en une année », précise Roland Lehoucq.

Pour nous déplacer aussi vite que la lumière, et même plus vite encore, nous dit Miguel Alcubierre, il suffirait de concevoir un vaisseau équipé d’un moteur à distorsion

Une approche nouvelle a donc été envisagée. En 1994, le physicien mexicain Miguel Alcubierre propose une théorie radicalement nouvelle mais qui ne viole pas les lois de la relativité générale d’Einstein. Pour nous déplacer aussi vite que la lumière, et même plus vite encore, nous dit Alcubierre, il suffirait de concevoir un vaisseau équipé d’un moteur à distorsion. Appelé warp drive en anglais, un tel moteur serait capable de contracter l’espace-temps pour réduire considérablement les distances et glisser, comme sur une sorte de tapis roulant, jusqu’à sa destination. Une option directement inspirée du voyage interstellaire mis en scène dans de Star Trek, où des vaisseaux emblématiques comme l’USS Voyager ou l’USS Enterprise sont capables de se déplacer à des vitesses supraluminiques.

Pour voyager à la vitesse de la lumière, il existe une dernière option, plus complexe encore à mettre en œuvre que le moteur à distorsion. C’est celle dite des « trous de ver ». Un trou de ver est un tunnel dans l’espace-temps créé à la suite de la mort d’une étoile, qui permet de se rendre d’un point à l’autre de l’univers plus rapidement que la lumière. Une sorte de raccourci spatio-temporel, pour faire simple. Son existence, théorisée par Albert Einstein et le physicien autrichien Ludwig Flamm, a été démontrée scientifiquement par des chercheurs de l’université autonome de Barcelone, qui ont réussi à créer un trou de ver magnétique en laboratoire, puis par une autre expérience, menée celle-là par les équipes de l’Institut Pprime de Poitiers en partenariat avec le CNRS.

« Même un minuscule trou de ver ouvre la voie à la vitesse de la lumière »

Il ne s’agit donc pas d’une simple hypothèse : les trous de ver existent et les propriétés qu’on leur prête sont exactes. « Même un minuscule trou de ver ouvre la voie à la vitesse de la lumière. Tout objet pouvant passer dans ce tunnel atteindra l’autre extrémité plus rapidement que s’il avait traversé la distance dans l’espace-temps normal », souligne Marc Millis, le directeur de la Tau Zero Foundation. Le film Interstellar donne un bel aperçu fictionnel de la forme que pourrait prendre un tel voyage (le conseiller scientifique du film n’était autre que Kip Thorne, prix Nobel de physique en 2017 pour sa représentation réaliste des trous noirs).

Matière exotique à énergie négative

Le souci, c’est qu’on ne trouve pas de trous de ver dans notre région galactique. Dans un premier temps, il faudrait donc parvenir à mettre au point un véhicule capable de voyager à la vitesse de la lumière pour se rendre à proximité d’un trou de ver. Retour à la case départ…

Le plus malin est donc de revenir à la case « moteur à distorsion ». C’est en tout cas l’option la plus prometteuse, la seule qui tienne vraiment la route, même si mettre au point un tel moteur relève toujours aujourd’hui du fantasme. « Pour autant que je sache, il n’existe pas actuellement de projet de recherche visant à faire avancer des objets massifs à la vitesse de la lumière qui soit largement accepté par la communauté scientifique », observe Jai Grover, chercheur à l’Agence spatiale européenne. Le concept de distorsion était une tentative intéressante d’Alcubierre pour contourner les restrictions de la relativité restreinte en considérant la déformation de l’espace-temps lui-même. Mais la déformation appropriée de l’espace-temps nécessite une quantité d’énergie incroyable ! » Même l’enthousiaste Marc Millis reconnaît qu’à l’heure actuelle « il n’est même pas possible de savoir à quoi pourrait ressembler un moteur de distorsion ».

Roland Lehoucq, lui, tente de se projeter pour envisager les conditions nécessaires à la mise au point d’un tel moteur : « Pour y arriver, il faudrait être capable de manipuler de grandes quantités de matière sous une forme assez compacte, des mini-trous noirs par exemple, mais aussi leur équivalent sous forme d’une matière exotique inconnue à ce jour qui, contrairement à la matière ordinaire, aurait une énergie négative. »

N’en déplaise aux fans du capitaine Kirk, il est fort peu probable que nous puissions voyager à notre guise d’étoile en étoile d’ici la fin de ce siècle

Récapitulons. À ce jour, la seule piste concrète dont nous disposons est celle d’un moteur dont on n’arrive même pas à ébaucher les plans. Et quand bien même on y parviendrait, la quantité d’énergie nécessaire pour le faire avancer semble hors de portée. Autrement dit, n’en déplaise aux fans du capitaine Kirk, il est fort peu probable que nous puissions voyager à notre guise d’étoile en étoile d’ici la fin de ce siècle. Ce qui n’est pas une raison pour cesser de poursuivre ce rêve, comme l’a bien compris le directeur de la Tau Zero Foundation : « Nous sommes actuellement suffisamment intelligents pour poser les bonnes questions. Même si nous n’avons pas les réponses, c’est déjà un progrès. »

crédit :  Usbek & Rica / Arnaud Pagès

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