Pour aller s’installer autour d’une autre étoile que le Soleil, il faut d’abord l’atteindre. Un groupe de physiciens explique que pour accélérer un vaisseau assez vite pour arriver à l’étoile la plus proche en un temps raisonnable, il faudrait une énergie immense, comparable à celle que toute l’humanité utilise pendant des siècles, voire des millénaires. Aller s’installer près d’Alpha du Centaure semble donc impossible pour le moment.
Lors du Forum de Davos, Elon Musk a répété sa vision habituelle :
« Le but ultime de mes entreprises est de rendre l’avenir de notre civilisation aussi grand que possible. Cela veut dire augmenter les chances que notre civilisation ait un bel avenir et faire en sorte que la conscience s’étende au-delà de la Terre. Par exemple, SpaceX veut améliorer la technologie des fusées pour permettre à la vie et à la conscience de s’étendre au-delà de la Terre, vers la Lune, Mars, et finalement vers d’autres systèmes d’étoiles. »
Selon lui, l’humanité doit conquérir l’espace, jusqu’aux étoiles, pour devenir une civilisation capable de voyager dans l’espace.
Cette idée, qui peut sembler séduisante et qui vise à impressionner, repose en réalité sur une confusion entre l’exploration spatiale, la colonisation de notre système solaire et le voyage entre les étoiles. Si les deux premières sont possibles (même si elles sont difficiles et rencontrent d’autres problèmes que ceux de la physique), le voyage interstellaire est probablement impossible en pratique, voire fondamentalement.
À quelle distance se trouve le prochain système stellaire ?
Le premier problème est la distance. Le système de trois étoiles appelé Alpha du Centaure, le plus proche de notre système solaire et qui contient l’étoile la plus proche, Proxima, est à 4,37 années-lumière. Cela représente environ 41 000 milliards de kilomètres.
Pour comparer, la sonde Voyager 1, lancée en septembre 1977, est l’objet créé par l’homme le plus lointain. Elle se trouve maintenant à plus de 25 milliards de kilomètres. Elle avance à environ 17 kilomètres par seconde et devrait atteindre une distance de 1 jour-lumière dans environ un an. À cette vitesse, Voyager 1 mettrait un peu moins de 77 000 ans pour parcourir la distance qui nous sépare d’Alpha du Centaure !
Pour qu’une sonde hypothétique arrive dans un temps raisonnable, par exemple pendant la vie d’un humain, elle devrait voyager au moins 1 000 fois plus vite que Voyager 1. Ainsi, imaginons un vaisseau de 1 000 tonnes (ce qui serait d’ailleurs trop petit pour qu’un humain survive pendant tout le voyage), partant vers Alpha du Centaure à une vitesse moyenne égale à un dixième de celle de la lumière. En tenant compte des phases d’accélération et de décélération, il mettrait environ quarante-cinq ans pour arriver.
Combien faut-il d’énergie pour accélérer un vaisseau de taille raisonnable ?
À sa vitesse de croisière, sa seule énergie de mouvement (appelée énergie cinétique, qui est la moitié du produit de sa masse par sa vitesse au carré) atteindra 450 exajoules. (Un exajoule équivaut à 1018 joules). C’est à peu près la même quantité d’énergie que toute l’humanité utilise en un an (un peu moins de 600 exajoules).
Le deuxième problème est donc lié à l’énergie. Il faut énormément d’énergie pour aller vite, et les lois de la physique imposent des limites strictes à tout système de propulsion.
Prenons un exemple du film Avatar (de James Cameron, 2009) : le vaisseau Venture Star est envoyé vers Alpha du Centaure par une entreprise qui exploite les ressources de Pandora. Lors de la scène d’arrivée, au début du film, une voix annonce aux passagers qui se réveillent qu’ils viennent de finir un voyage de « cinq ans, neuf mois et vingt-deux jours ». Ils ont voyagé en « sommeil cryogénique », une technique qui n’existe pas, à ne pas confondre avec la « cryonie » (redonner vie à un corps congelé), qui est aussi une technique fictive. En d’autres termes, le Venture Star a parcouru un peu plus de quatre années-lumière en moins de six ans.
Pour estimer l’énergie nécessaire à ce voyage, regardons le Venture Star de l’extérieur, tel qu’il apparaît dans cette même scène.
Première impression : le vaisseau est assez différent de ceux que l’on voit dans les films de science-fiction classiques comme Star Wars ou Star Trek. Il a quatre parties bien visibles : un énorme bloc de propulsion avec ses grands réservoirs ronds à l’avant, suivi d’une structure en treillis où sont attachés les modules pour la charge et l’équipage. Un grand bouclier ferme la structure, à l’opposé du moteur… Il semble que quelqu’un ait bien réfléchi à la forme du Venture Star.
En fait, pour concevoir ce vaisseau, James Cameron a consulté l’écrivain américain Charles Pellegrino. Au milieu des années 1980, il avait créé, avec le physicien James Powell du Brookhaven National Laboratory, un projet de vaisseau interstellaire appelé Valkyrie. Ce modèle a servi de base pour le design du Venture Star.
Une analyse détaillée faite par l’un d’entre nous permet de comprendre le plan de vol du Venture Star. Elle montre qu’il ne peut être propulsé que par l’énorme énergie libérée par la réaction entre la matière et l’antimatière. Il faut rappeler que, théoriquement, l’antimatière produit beaucoup plus d’énergie que d’autres réactions comme la fusion. Le problème est que l’antimatière n’existe pas naturellement. Il faut non seulement la produire sous forme d’anti-atome en dépensant énormément d’énergie, mais aussi trouver comment la conserver en toute sécurité.
Pendant son voyage vers Alpha du Centaure, le Venture Star atteint une vitesse maximale respectable, soit 65,8 % de la vitesse de la lumière. L’énergie nécessaire pour la propulsion de ce voyage est au minimum 130 000 fois supérieure à l’énergie consommée par l’humanité en une année. Et cela ne prend même pas en compte l’énergie nécessaire pour les passagers…
L’humanité dispose-t-elle de tant d’énergie ?
On peut donc discuter longtemps des futures technologies de propulsion (fusion nucléaire, antimatière ou voiles solaires activées par des lasers)… En réalité, atteindre un autre système stellaire, même avec de simples sondes, ne sera possible que lorsque nous aurons beaucoup plus d’énergie que ce que l’humanité possède aujourd’hui.
Autrement dit, pour imaginer un voyage interstellaire, il faut supposer que l’humanité aura une quantité d’énergie très importante, stable et durable, lui permettant d’en utiliser une grande partie pour ces projets pendant plusieurs générations.
Or, tout indique le contraire. La transition vers une énergie moins polluante, l’adaptation au changement climatique, la sécurisation des systèmes agricoles, d’approvisionnement en eau et industriels mobilisent déjà – et continueront de mobiliser – la majeure partie de nos capacités énergétiques et de nos ressources matérielles. La limitation de ces ressources pousse l’humanité du XXIᵉ siècle à consommer moins, que ce soit par obligation ou par choix.
Comme nous venons de le voir, un projet interstellaire demanderait non pas un petit surplus, mais un changement radical dans la quantité d’énergie et de matière utilisée. Un seul vaisseau consommerait une quantité d’énergie comparable à celle utilisée par le monde entier pendant des milliers d’années !
La conclusion est donc inévitable : comme il n’existe pas d’énergie miracle, le voyage interstellaire rapide avec une masse importante est, pour l’instant, totalement impossible pour nous.
Dans son roman Aurora, l’écrivain américain Kim Stanley Robinson décrit de manière réaliste les énormes problèmes techniques d’un voyage interstellaire. Mais il montre aussi que ce voyage est un drame politique. Il explore les libertés qu’il faudrait abandonner pour qu’un vaisseau interstellaire soit possible, il analyse les réactions face aux échecs, les limites de ce qui est acceptable, les risques pour la santé liés à l’isolement et aux imprévus. Sous couvert de science-fiction spatiale, Aurora est aussi une réflexion écologique qui montre que l’homme n’est pas adapté à d’autres planètes et qu’il est vulnérable face à une possible vie extraterrestre. C’est aussi une critique d’une génération trop confiante qui condamne ses descendants en les envoyant vers les étoiles. Aurora est donc une œuvre double : elle rend hommage au voyage spatial tout en critiquant son utilisation sans réflexion, et elle nous ramène à l’essentiel : le bien-être humain et la protection de notre planète.
Cet article a été écrit grâce aux discussions avec François Briens (économiste et ingénieur en systèmes énergétiques), Carine Douarche (physicienne), Aurélien Ficot (formateur et ingénieur en sciences environnementales), Jean-Manuel Traimond (auteur et conférencier).
François Graner est membre de l’association "Les amis de la Décroissance".
Emmanuelle Rio a reçu des financements de l’ANR, de l’ESA et du CNES.
Roland Lehoucq ne travaille pas, ne donne pas de conseils, ne possède pas d’actions, ne reçoit pas de fonds d’une organisation qui pourrait bénéficier de cet article, et n’a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.