Espace: un ingénieur a élaboré un concept de moteur qui pourrait atteindre 99 % de la vitesse de la lumière

En termes d’exploration spatiale, nos rêves deviennent réalité : voyage sur Mars pour 2030, ascenseur spatial pour 2050… Mais les voyages à des distances encore plus grandes sont limités par la vitesse atteinte par la technologie moderne, ainsi que par les modes de propulsion de ces voyages. Un ingénieur de la NASA propose le concept d’un moteur sans carburant, pouvant presque atteindre la vitesse de la lumière.

Le casse-tête de la propulsion à grande vitesse

À chaque action, sa réaction. C’est un des challenges constants de l’exploration spatiale : comment, selon la troisième loi du mouvement de Newton, fournir assez d’énergie à propulser dans un sens, afin de se diriger à grande vitesse vers l’autre ? Ce principe implique, en termes de technologie concrète, la combustion de quantités énormes de matière : c’est ce qui, jusqu’ici, nous a permis de nous extraire de la gravité terrestre et de nous déplacer dans l’espace. Mais une problématique du voyage interstellaire est le rapport entre la puissance à développer et la quantité de carburant nécessaire on ne peut stocker ou compresser des millions de m3 de carburant pour faire durer les vols sur des mois ou des années, ou leur faire atteindre des vitesses s’approchant de la vitesse de la lumière.

Un ingénieur de la NASA, Ken Burns, a récemment proposé un modèle de propulsion qui permettrait de s’en passer. Ce moteur n’est pour l’instant que théorique et son projet indépendant de tout programme de l’agence américaine. Mais Burns assure que s’il est imparfait, il serait une alternative aux moteurs actuels (l’énergie solaire ne suffit pas encore à propulser des appareils), et permettrait d’atteindre, en théorie, une vitesse proche de celle de la lumière.

Le détournement de lois simples de la physique

Pour comprendre le moteur, imaginez une boîte, dans laquelle se déplace à vitesse constante et dans le sens de la profondeur une cloche, ou un poids, le long d’un câble (dans une situation n’admettant aucune déperdition d’énergie). Dans une situation de vide spatial, si les va-et-vient sont constants, la boîte se déplacerait dans un sens à chaque percussion de la cloche, puis à son retour, la boîte se déplacerait dans l’autre sens après la percussion : ce qui créerait une situation de surplace, car l’avancée est la même que le mouvement de recul.

Mais si la masse de l’objet percutant la boîte n’est pas la même dans un sens que dans l’autre, alors, malgré une décélération au moment de la percussion retour, un mouvement constant peut se créer dans une direction, accumulant de plus en plus de vitesse. (Pour plus de clarté, vous pourrez retrouver des animations sur cet article du New Scientist).

C’est le système qu’imagine Ken Burns, dans lequel un accélérateur de particules pourrait faire se percuter des ions d’un côté du moteur (dans le sens de la marche) à la vitesse de la lumière, avant de les décélérer dans le mouvement retour : de ce fait, développer de plus en plus d’énergie pour que le moteur propulse l’appareil dans une accélération constante.

Une ouverture vers les vols spatiaux du futur ?

Les résultats sont, en théorie, quasi-illimités : « Le moteur lui-même pourrait atteindre 99 % de la vitesse de la lumière avec assez de temps et d’énergie », explique Burns. Les ions n’ont pas à être remplacés, donc le moteur pourrait fonctionner indéfiniment en laissant une usure matérielle minime, et son efficacité pourrait être encore amplifiée par la récupération de l’énergie due à la décélération des particules.

Cependant, si les rendements de ce moteur sont en théorie quasiment illimités, l’infrastructure pour le faire fonctionner serait très lourde : en remplaçant le câble en ligne droite de l’exemple par une hélice le long de laquelle les ions voyageraient, le moteur devrait faire 200 mètres de long et 12 mètres de diamètre. 165 megawatts de puissance génèreraient 1 newton de poussée, qui est l’équivalent de la force appliquée sur la touche d’un clavier… Le moteur ne pourrait donc fonctionner que dans le vide spatial, où il n’y a virtuellement pas de phénomène de friction.

Burns y voit des applications possibles pour un satellite alimenté par l’énergie solaire, ou un voyage interstellaire, où un réacteur nucléaire fournirait l’énergie. Et si l’ingénieur admet que ce moteur n’a vocation qu’à être amélioré, modifié, ou peut-être même de rester au stade de l’idée, il n’en est pas moins que son invention « pourrait être le seul moteur pour voyage interstellaire de longue durée fondé sur une technologie existante ».