01/08/2009

Un ascenseur pour l'espace

Non, ça n'est pas une façon de parler. Le projet de construction d'un ascenseur spatial est réellement en cours de développement par quelques équipes de scientifiques autour du monde et par pas moins de trois agences spatiales : la NASA américaine, la JAXA japonaise et l'ESA européenne ! Ce projet pourrait aboutir d'ici quelques décennies, l'horizon 2050 environ. Certains optimistes parlent même de 2020, mais ils doivent surestimer les crédits qu'ils recevront !

Il s'agirait littéralement de tirer un câble depuis l'espace jusqu'au sol pour pouvoir faire grimper des cabines le long de ce câble ! Si le concept a été popularisé par Arthur C. Clarke en 1978 dans son roman "Les fontaines du paradis", il avait rapidement été abandonné car il avait été calculé qu'il n'y avait pas assez de fer sur Terre pour fabriquer un câble d'acier suffisamment solide pour réaliser un tel projet ! Mais désormais, les progrès réalisés dans la science des matériaux laissent à nouveau espérer. Et cela non plus grâce à un métal, mais à une matière synthétique.

En effet, depuis quelques années, on commence à savoir fabriquer une matière nanotechnologique beaucoup plus solide que l'acier ou même le kevlar. Basé sur la chimie du carbone, il s'agit de gigantesques molécules en forme de tube qui s'entremêlent, formant ainsi un matériau incroyablement résistant: le nanotube de carbone. Seul problème, on ne sait pas encore fabriquer avec cette matière des câble ininterrompus d'une longueur de... 36'000 km ! Mais les progrès sont quotidiens et on peut espérer que dans quelques décennies, cet obstacle puisse être levé.


Comment ça marche ?

La question qui vient immédiatement à nous autres rampants, peu habitués aux forces qui règnent dans l'espace, concerne le poids de l'installation. Car un câble de 36'000 km plus la station d'arrivée, ça doit être sacrément lourd ! Comment le faire tenir dans l'espace sans qu'il 347px-Diagramme_d'un_ascenseur_spatial.pngretombe ? Et bien c'est sans compter sur la force centrifuge. Car pour rester en orbite, n'importe quel objet doit avoir une vitesse de rotation qui compense exactement la gravité qui règne à la distance à laquelle il se trouve de la Terre. En effet, la rotation produit une force centrifuge qui compense exactement la gravité. C'est pourquoi ces objets se trouvent en orbite. Et c'est pourquoi il y règne l'apesanteur : aucune force ne s'exerce sur eux. A toutes les altitudes, la gravité est différente. Et ainsi, à toutes les altitudes la vitesse de rotation nécessaire pour annuler la gravité est différente. Et parmi toutes les altitudes, il n'y en a qu'une seule qui permet aux objets en orbite d'avoir une vitesse angulaire identique à celle de la Terre. Il s'agit de l'orbite géostationnaire, à 36'000 km de la surface de notre planète, soit 3 fois son diamètre. C'est ça qui rend cette orbite particulièrement intéressante. C'est celle par exemple des satellites de télécommunication qui restent ainsi toujours fixes dans le ciel, ce qui permet aisément de pointer une antenne dans leur direction. Et ça serait aussi l'altitude utilisée par l'ascenseur spatial.

Car on commencerait par lancer un certain nombre de satellites qui seraient assemblés en une véritable station spatiale. Et c'est depuis cette station que le câble serait déroulé. Ce dernier serait attiré par la Terre et se dirigerait lentement vers la surface. Le poids du câble pourrait alors déstabiliser la station qui se mettrait à tomber avec lui, c'est pourquoi il est prévu de lâcher un autre câble avec un poids de compensation dans l'autre direction pour augmenter l'effet centrifuge et rééquilibrer ainsi l'ensemble câble - station. Une fois le sol atteint, il ne resterait "plus qu'à" récupérer le câble et l'arrimer à la station de départ, une plate-forme dans l'Océan. Et alors, l'ascenseur serait prêt pour le premier voyage...

Le câble aura en fait la forme d'un ruban large de un ou deux mètres de large et d'un micromètre d'épaisseur. (ou un millième de millimètre...) La cabine utiliserait deux roues en opposition pour se propulser sur le ruban. La cabine se propulsera à une vitesse d'environ 200 à 300 km, ce qui signifie qu'il faudra tout de même entre 5 et 8 jours pour faire le voyage. Lorsqu'elle transportera des passagers, la cabine devra donc contenir suffisamment d'air, d'eau et de provisions pour ce voyage. Mais l'intérêt de ce système, c'est justement que la quasi totalité de la charge est utile. Pas besoin d'emporter de grandes quantités de carburant.

Et l'énergie dans tout cela ? Il existe deux versions possibles. La première est solaire. Des panneaux entoureront la cabine et lui apporteront l'énergie nécessaire pour faire fonctionner le moteur et les autres équipements. Mais actuellement, on s'oriente plutôt vers l'option d'un laser à haute énergie qui serait émis du sol et qui longerait le câble, permettant d'assurer un approvisionnement constant à la cabine tout au long du voyage.

A quoi ça sert ?

space-elevator2.jpgOn peut se le demander. La technologie spatiale est plus ou moins au point. Pourquoi partir subitement dans une tout autre direction ? Et bien la technologie actuelle, basée sur les fusées, coûte extrêmement cher. Il faut savoir qu'actuellement, pour mettre en orbite géosynchrone une masse de 1 kg, il faut dépenser pas moins de 40'000$ ! Et quand on sait que ce prix au kilo tomberait à quelques centaines de dollars au plus avec l'ascenseur, on comprend sans peine l'utilité de cette technologie. En effet, elle permettrait de placer à très bas prix des satellites en orbite haute et ainsi rendre la technologie spatiale beaucoup plus accessible.

Les charges utiles pourraient donc décupler. On peut prévoir que le premier ascenseur soit très vite utilisé pour mettre en orbite un second ascenseur plus gros. Car cette technologie pourrait rendre abordable le déploiement de panneaux solaires géants en orbite. Et ainsi, l'avenir énergétique de la Terre serait révolutionné pour longtemps. A terme, des villes en orbite géosynchrone pourraient voir le jour. Avec des hôtels, des laboratoires, des entreprises fabricant des produits sous micro-gravité. Finalement, l'ascenseur permettra de prévoir des voyages vers la Lune ou vers Mars pour un prix beaucoup moins élevé que depuis le sol terrestre. En effet, pas besoin de grande fusée comme la fusée Arès V du programme Constellation pour rejoindre la Lune depuis l'orbite géostationnaire. Bref, l'ascenseur spatial pourrait révolutionner la conquête spatiale en lui faisant franchir le cap du low cost.

Quels sont les problèmes à surmonter ?

Outre le développement au niveau des matériaux, l'ensemble du projet est devisé à près de 10 milliards de dollars. Ça fait relativement peu à côté du prix de la mission Apollo, mais tout de même, c'est loin d'être négligeable et il faudra prouver la faisabilité et la rentabilité du projet avant d'obtenir ces crédits !

vuartiste_ascenseur-spatial.jpgOn doit aussi compter sur d'autres problèmes, en particulier les risques naturels. Tout d'abord, le fait que le câble traverse l'atmosphère le met à la merci des éléments. Le vent, les perturbations en tout genre, pourraient le rendre instable et provoquer des vibrations sur toute sa longueur. Il faut donc envisager des installations sur le parcours pour le stabiliser.

Ensuite, vu la distance à parcourir, les passagers devront traverser la ceinture de Van Halen, une couche de particules ionisées piégées par le champ magnétique terrestre et qui peut être mortelle si on y est exposé longtemps sans une bonne protection. Et compte tenu de la faible vitesse de l'ascenseur, ça risque d'être un gros problème.

Finalement, le plus grand risque vient des météorites et des débris que le câble pourrait rencontrer. C'est assez peu probable, mais si ça se produisait, la rupture du câble relâcherait la station orbitale qui serait propulsée dans l'espace sans rien pour la retenir. Un peu comme un lanceur de marteau qui lâche son projectile. Il est donc important de doubler le câble pour s'assurer que la station ne puisse jamais être déconnectée du sol. Et il faudra aussi prévoir un moyen de s'échapper et rentrer sur Terre si, contre toute attente, le câble devait tout de même être rompu.

Finalement, voici un petit film qui explique bien le fonctionnement de l'ascenseur au travers du projet de la NASA:

Commentaires

Excellent papier, sur un projet que j'évoque brièvement dans mon livre "l'Utopie Urgente" comme exemple de ce que l'on peut faire ici et maintenant, si l'on ne se rebelle pas de manière absurde contre la technologie. Il importe au contraire d'apprendre à la contrôler pour la faire évoluer dans une direction plus durable et plus efficace.
L'espace reste une frontière à conquérir, ce n'est pas la seule. Les profondeurs de l'Océan, les enjeux de l'énergie renouvelable, la paix, la collaboration et la prospérité à l'échelle planétaire sont les enjeux de ce XXIème siècle.
J'ai été récemment très surpris de constater que l'OMM utilisait, dans ses films sur le réchauffement climatique, des images du tsunami, causé par un tremblement de terre comme chacun sait. C'est certes plus spectaculaire, mais ce n'est pas objectif, donc pas scientifique. Cela ne signifie pas pour autant qu'il n'y a pas de réchauffement d'origine humaine bien sûr, mais cela rappelle que le débat scientifique a laissé beaucoup trop de place au pugilat idéologique irrationnel dans cette affaire.

Écrit par : Philippe Souaille | 02/08/2009

Bonjour M. Souaille,

Merci pour ce commentaire. Je suis content de voir que nous partageons cette foi en un avenir meilleur grâce à la technologie.

"C'est certes plus spectaculaire, mais ce n'est pas objectif, donc pas scientifique."
Dans ce cas c'est très flagrant, mais d'autres images n'en manquent pas moins d'objectivité et c'est beaucoup moins voyant. Par exemple les images de glaciers arctiques qui s'effondrent dans l'océan. Ca impressionne beaucoup pour autant qu'on oublie de dire que c'est un phénomène naturel qui s'est toujours produit en été. (sauf pendant l'ère glaciaire j'imagine) Ou les tempêtes tropicales, qu'on suppose plus nombreuses avec le réchauffement alors que, statistiquement, il n'y a pas de différence notoire du nombre de cyclones dans le monde. Ces images sont destinées à effrayer les gens qui ne prennent pas la peine de s'informer, mais n'ont effectivement rien de scientifique.

Écrit par : Kad | 03/08/2009

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