La tête dans les étoiles...

16.02.2009

Pour illuminés seulement !

Entrer dans une cabine d'ascenseur, et d'une seule pression sur un bouton, s'élever dans l'espace...

Une idée qui fait rire ? En tout cas pas pour les agences spatiales.

Revenu sur le devant de la scène dans les années 90 grâce aux nanotechnologies, ce programme semble pourtant piétiner tant les obstacles sont nombreux.

Ce qui n'empêche pas les agences spatiales de continuer d'y travailler d'arrache-pied.

Las Cruces, Nouveau Mexique. Sous un soleil de plomb, une centaine de personnes assiste, anxieuse, à l'élongation d'un fin câble par une machine.

Tonnerre d'applaudissements lorsque celui-ci vient à casser ! Ces gens viennent d'assister au nouveau record du « Tether Challenge », un concours organisé par la Nasa et Spaceward Foundation.

Les participants doivent construire un câble le plus résistant possible et la NASA offrant deux millions de dollars au gagnant.

De quoi se souvenir longtemps de 2009, année mondiale de l'astronomie...

Il faut dire que la Nasa a tout à gagner dans cette affaire : obtenir un câble supra-résistant, élément clé de l'ascenseur spatial.

Imaginez le coût de mise en orbite de charges réduit à 48 $/Kg contre 22.000 $/Kg sur une fusée !

Intéressant...

Sans compter les deux millions de litres de carburant consommés par une fusée pour quitter la pesanteur terrestre, l'ascenseur étant alimenté en électricité nucléaire terrestre.

L'ascenseur spatial pourrait même ramener sur Terre les déchets spatiaux, problème épineux toujours non résolu. Un satellite américains vient d'ailleurs d'être détruit par une épave russe... générant ainsi des milliers de morceaux nouveaux !

La première nation qui réussirait un tel exploit s'assurerait d'un contrôle économique, politique, et psychologique très durable dans le domaine spatial.

Les cerveaux s'activent, les industriels se préparent, mais les obstacles à ce genre de projet sont légion. Tant est si bien que le nombre de concurrents au « Tether Challenge » décroît d'année en année, et que la Nasa se voit forcée d'offrir un plus gros chèque à l'éventuel gagnant, pour attirer plus de participants.

Mais pour certains, il est compréhensible que les équipes se découragent :

« La fabrication du grimpeur n'est pas si facile vu les performances des prototypes présentés. Il est possible que ceux qui y ont participé jettent l'éponge, mais aussi que l'investissement soit trop coûteux pour participer à un challenge dont l'objectif est encore lointain. »

Car le système doit évidemment rester en équilibre sur son orbite géostationnaire et pour cela il faut un câble dont le centre est situé à 35.786 Km d'altitude.

La partie inférieure tire l'ensemble et s'étire vers la Terre alors que la partie supérieure a tendance à tirer vers le haut. L'ensemble est alors mis en tension.

Ce qui nous donne une longueur totale de... 71.572 km, soit un quart de la distance Terre-Lune, ou six fois le diamètre de la Terre, donc 179 % du tour de la planète !

Comment dès lors construire un câble suffisamment long et résistant à la fois ? L'idée semblait abandonnée jusqu'en 1991, année d'apparition des nanotubes de carbone.

Ces constructions cylindriques de carbone sont 10.000 fois plus fines qu'un cheveu et 100 fois plus résistantes que le meilleur acier.

Et les grandes agences spatiales mondiales à se pencher une nouvelle fois sur la question...

Le projet le plus abouti est celui de Bradley Edward, de la fondation californienne de recherche Eureka Scientific. Il mise sur la construction d'un nanotube immense d'environ 90.000 Km de haut, un mètre de large, et aussi fin qu'une feuille de papier.

Sa finesse doit toutefois lui permettre de supporter une tension de 63 Gpa, soit l'équivalent d'un tir à la corde de 100.000 personnes de chaque côté !

Mais... Individuellement, un nanotube de carbone peut endurer une tension de 100 Gpa, capacité alléchante. Toutefois, chacun sait que s'il vient à manquer un seul atome de carbone, sa résistance chute de 30 %.

Et que voilà que des études de résistance de nanomatériaux ont récemment prouvé qu'il manquait en moyenne un atome de carbone tous les... quatre micromètres !

Selon les résultats des études déjà publiées, un tube ne peut résister qu'à 30 Gpa, et cela sans compter l'érosion due à l'oxygène.

Inenvisageable, dans ces conditions, de construire un tel ascenseur. D'autant qu'au-delà de quelques centimètres, personne n'est capable de fabriquer des filaments de nanotube !

Alors 72.000 km d'un seul tenant...

D'autant qu'il faut reconnaître que la structure même n'est pas le seul problème montré du doigt.

Les risques de collisions avec des micrométéorites sont importants, leurs conséquences seraient désastreuses, même si certains chercheurs pensent améliorer sa résistance en modifiant sa forme.

Problèmes de résistance, mais comme si cela ne suffisait pas, la stabilité va venir taquiner les concepteurs. Comment garder l'ascenseur parfaitement stable ?

Si la répartition de part et d'autre de l'orbite géosynchrone fonctionne bel et bien, elle suppose une absence de forces externes, telles que les forces de marées.

Ces accélérations gravitationnelles compriment les objets dans une direction, et les dilatent dans l'autre, ce qui aurait pour conséquences des ondulations dangereuses du câble, surtout si une résonance était atteinte, auquel cas il se briserait purement et simplement.

Quoi que l'on en pense, l'ascenseur spatial ne laisse personne indifférent. Pour de simples visiteurs, la tentation est grande d'aller voir la Terre depuis l'espace. Y'en a même qui payent leurs places dans la station Mir...

Pour les professionnels, pouvoir hisser et ramener des charges à loisir, et à moindre frais, est synonyme de croissance exponentielle.

Les enjeux sont naturellement trop grands pour abandonner l'idée.

Car le concept d'ascenseur spatial ne date pas d'hier. En 1895, Konstantin Tsiolkovski, père de l'astronautique russe, imagine une tour de 36.000 km de haut, sur le modèle de la tour Eiffel, fraîchement achevée.

Presque un siècle plus tard, en 1979, Arthur C. Clarke publie « Les Fontaines du Paradis », roman dans lequel il présente au grand public cette idée un peu farfelue : à partir d'une station spatiale en orbite, l'homme construit un câble qu'il ancre sur Terre, et un autre qui part en direction opposée pour maintenir l'équilibre.

Clarke déclara que « l'ascenseur spatial sera opérationnel 50 ans après que vous ayez fini de rire de lui ».

Personnellement, ayant lu se roman de science-fiction dans ma jeunesse, je me suis attaché à quelques calculs.

Il faut très exactement 45 minutes d'une accélération constante (linéaire) de 1 G pour parcourir les 35.786 Km, 22 minutes la tête à l'endroit, autant les yeux dirigés vers la planète.

Vitesse de pointe en milieu de parcours : 67.419 km/h...

Mach 76, mais dans le vide vers 17.875 Km d'altitude.

Infaisable même avec un bon moteur linéaire magnétique supraconducteur.

Quant à rester avec une vitesse de 100 m/s (360 km/h), pour réduire les contraintes mécaniques létales à la structure, le voyage ne durerait que 4 jours 3 heures 24 minutes et quelques secondes (hors les phases d'accélération et de décélération)...

Avec ce sentiment de plus en plus accentué de « flotter », la force centrifuge de l'altitude de la station géosynchrone annulant justement les effets de la gravitation à l'approche de l'altitude de la station.

C'est même le principe mécanique d'une satellisation.

On n'en restera encore un temps à la « phase supérieure » de la navette entièrement récupérable cette fois-ci, le « porteur » montant « l'orbiteur » en orbite passe, l'un redescendant dans l'atmosphère en vol plané et suivant en cela les lois de la balistique, l'autre accélérant pour atteindre sa vitesse de satellisation.

Plus, vraisemblablement, un dispositif d'accélération linéaire assez compact (1 ou 2 km semi enterré, en fait, vraisemblablement marin et sous-marin pour mieux l'orienter) réservé à tous les matériels non vivant (eau, carburant, matériel et autres) supportant les accélérations d'un canon, 800 G, sans déformation ni destruction.

Et avec ces « ogives » vidées de leur contenu, on en fera des armatures de structures à double peau compartimenté, gonflables pour abriter les occupants des futurs hôtels à touristes spatiaux...

Et à se coller assez simplement des « rustines » double-face à chaque passage de micrométéorites ou autre débris spatial d'origine humaine.

Mais on n'en est pas encore-là !