Il y a plus de 60 ans, dans la célèbre série de documentaires Horizon de la BBC, Arthur Clarke faisait plusieurs prédictions, dont plusieurs concernant Internet allaient se réaliser.

On peut se demander jusqu'où Clarke a vu juste pour l'avenir de l'Humanité. Le voyage interstellaire nous semble encore définitivement hors de portée, mais comme dans les romans 2001 et 2010 de Clarke, quand nous serons devenus des super IA, nous trouverons peut-être le moyen d'utiliser des trous de ver pour voyager entre les étoiles, puis de rencontrer des civilisations E.T.

L'écrivain de science-fiction et futurologue Arthur C. Clarke s'attaque à la tâche la plus impossible et la plus ingrate qui soit : tenter de prédire l'avenir avec exactitude. À quoi ressemblera le monde de demain ? Les habitants du futur auront-ils des singes comme majordomes ? Oui, selon M. Clarke, mais seulement jusqu'à ce qu'ils se syndiquent… Extrait de « Horizon : L'Explosion du Savoir », diffusé initialement sur BBC Two, le lundi 21 septembre 1964. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © BBC

En attendant, et comme le rappelle Colin McInnes dans un article récent de The Conversation que nous reprenons en le traduisant, sans spéculer sur l'existence des trous de ver, il est possible de rêver dans le même sens avec le concept déjà concret d'utilisation de la pression photonique pour la propulsion. Concept déjà envisagé depuis les travaux en 1921 du père de l'astronautique, Constantin Tsiolkovski, qui imaginait l'utilisation d'« immenses miroirs constitués de feuilles très fines » et de la « pression de la lumière solaire pour atteindre des vitesses cosmiques ».

Une vidéo pour la promotion de la recherche de civilisations E.T. dans l'Univers. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En cliquant ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « Français », puis cliquez sur « OK ». © Breakthrough Initiatives, YouTube

La prédiction d'une pression que peut engendrer la lumière sur une surface était déjà plus ou moins explicite dans les travaux mythiques de Maxwell sur les équations du champ électromagnétique vers 1865 et, en fait, une des premières démonstrations expérimentales du phénomène avait été donnée en 1900 par le physicien russe Pyotr Lebedev.

Le terme « voile solaire » est apparu à la fin des années 1950 et a été popularisé par Arthur C. Clarke dans la nouvelle « Sunjammer » (publiée en français sous le titre « Le Vent venu du Soleil »), en mai 1964. Le 20 mai 2010, l'Agence d'exploration aérospatiale japonaise (Jaxa) lançait finalement Ikaros (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation of the Sun), un prototype de voile solaire.

L'article est initialement publié en anglais dans The Conversation par Colin McInnes qui occupe la chaire James Watt et est professeur de sciences de l'ingénieur à l'Université de Glasgow, où il est titulaire d'une chaire de la Royal Academy of Engineering consacrée aux technologies émergentes. Son programme de recherche à long terme couvre les technologies spatiales émergentes, la dynamique orbitale des engins spatiaux et les ressources spatiales.

Vue d'artiste de l'exoplanète LHS 1140 b (au premier plan), entourée d'une atmosphère riche en hélium. Selon une nouvelle étude, il s'agit de la preuve la plus convaincante à ce jour qu'une planète rocheuse située dans la zone habitable a conservé une atmosphère. © Melissa Weiss, Center for Astrophysics |Harvard & Smithsonian

La confirmation récente de la présence d'une atmosphère autour d'une exoplanète rocheuse appelée LHS 1140 b a suscité un vif intérêt au sein de la communauté astronomique. La planète orbite dans la zone habitable de son étoile, une naine rouge située à environ 48 années-lumière de la Terre.

La zone habitable est la région autour d'une étoile où les températures permettent, en principe, à l'eau de rester liquide à la surface d'une planète. Les astronomes ont détecté de l'hélium s'échappant de la haute atmosphère de LHS 1140 b. Toutefois, des composés chimiques plus lourds, notamment de l'eau - ingrédient essentiel à la vie telle que nous la connaissons - pourraient subsister dans les couches plus profondes de son atmosphère.

L'observation d'exoplanètes lointaines à l'aide de télescopes ouvre de nouvelles perspectives scientifiques, mais sera-t-il un jour possible de voyager jusqu'à ces mondes et de les observer de près ? Jusqu'à présent, cette idée relevait généralement de la science-fiction. Pourtant, l'émergence de nouvelles technologies permet désormais d'imaginer un avenir où de telles missions pourraient devenir possibles dans les décennies à venir.

Les sondes miniaturisées suscitent un intérêt particulier pour les voyages interstellaires. Cela tient en grande partie au fait qu'il est plus simple et moins coûteux de propulser un petit engin spatial vers un autre système stellaire - avec un temps de trajet compatible avec une vie humaine - que d'en faire autant avec un véhicule de grande taille.

La miniaturisation des capteurs a connu des progrès considérables, notamment grâce aux technologies développées pour les smartphones, qui utilisent couramment des caméras très performantes, de faible masse et consommant peu d'énergie. Des chercheurs ont même développé de la « poussière intelligente », constituée de capteurs de taille millimétrique ou inférieure capables de détecter la lumière, la température ou certaines substances chimiques.

La sonde elle-même devrait disposer d'un mode de propulsion capable de l'accélérer à des vitesses légèrement relativistes, par exemple 10 à 20 % de la vitesse de la lumière. Après plusieurs décennies de voyage, les capteurs traverseraient le système stellaire ciblé sans s'y arrêter, effectueraient des observations in situ, puis transmettraient très lentement leurs données vers la Terre.

Breakthrough Starshot est un programme de recherche et développement doté de 100 millions de dollars, visant à établir la preuve de concept d'un « nano-vaisseau » – une sonde spatiale entièrement fonctionnelle pesant quelques grammes – propulsé par un faisceau lumineux. Un tel engin, équipé d'une voile solaire, aurait le potentiel d'atteindre 20 % de la vitesse de la lumière, soit environ 160 millions de kilomètres par heure. À cette vitesse, il pourrait atteindre Alpha du Centaure, le système stellaire le plus proche du nôtre, en une vingtaine d'années. Avec les systèmes de propulsion par fusée conventionnels les plus rapides dont nous disposons, ce même voyage prendrait des dizaines de milliers d'années. © Breakthrough

Nous ne sommes pas encore dans Star Trek, mais il s'agit d'une idée potentiellement réaliste qui permettrait d'étudier de près les étoiles voisines et leurs planètes. Ce type de concept a notamment été étudié par le programme financé par des fonds privés Breakthrough Starshot, qui s'est intéressé aux principales technologies nécessaires à un voyage interstellaire réalisé à l'aide de petites sondes.

Les voiles photoniques sont considérées comme l'un des moyens de propulsion les mieux adaptés à une telle mission. Comme leur nom l'indique, il s'agit de membranes réfléchissantes extrêmement fines.

Pour un voyage interstellaire, l'énergie dirigée d'un laser pourrait être utilisée pour propulser le vaisseau. Les photons, les quanta d'énergie qui constituent la lumière, transportent non seulement de l'énergie mais aussi quantité de mouvements. Lorsqu'un faisceau lumineux se réfléchit sur un miroir, il exerce donc une pression sur celui-ci.

Dans la plupart des circonstances, cette pression lumineuse est imperceptiblement faible. Mais avec un faisceau suffisamment intense et une membrane réfléchissante extrêmement légère, la pression de radiation peut devenir un véritable moyen de propulsion spatiale.

Pour propulser une voile photonique à des vitesses relativistes, il faudrait disposer d'un laser d'une puissance considérable, de l'ordre de plusieurs dizaines de gigawatts. Il ne s'agirait probablement pas d'un unique appareil, mais plutôt d'un ensemble de lasers distincts synchronisés afin de produire un faisceau de lumière cohérent.

En route vers les étoiles

Une voile réfléchissante de quelques mètres de diamètre poussée par un laser d'une telle puissance pourrait atteindre sa vitesse de croisière en seulement quelques minutes.

L'avantage d'un système de propulsion alimenté par un faisceau externe est que l'installation laser reste sur place : seule une petite charge utile est propulsée vers les étoiles. À l'inverse, les fusées conventionnelles doivent transporter leur propre carburant, ce qui les pénalise énormément lorsqu'il s'agit de missions nécessitant des quantités d'énergie aussi considérables.

L'inconvénient de la propulsion par faisceau est que la charge utile ne peut pas facilement ralentir. Une sonde traverserait donc son système stellaire cible en seulement quelques jours.

Même si des voiles photoniques propulsées par des lasers de plusieurs gigawatts peuvent aujourd'hui sembler extrêmement ambitieuses compte tenu de l'ampleur du projet, les progrès de la miniaturisation pourraient permettre à de minuscules capteurs intelligents de devenir nos premiers voyageurs interstellaires.

Peut-être notre première exploration des étoiles se fera-t-elle avec une intelligence artificielle en sommeil pendant plusieurs décennies, avant qu'elle ne s'éveille pour quelques jours d'activité intense, lorsque nos émissaires robotiques apercevront pour la première fois des mondes extraterrestres.

Outre leur propulsion par des lasers de plusieurs gigawatts, les membranes réfléchissantes peuvent également être poussées par la pression de la lumière du Soleil. Ces voiles solaires possèdent une histoire ancienne et furent proposées dès les années 1920 par Konstantin Tsiolkovski et Friedrich Tsander, deux grands pionniers russes de l'astronautique. Tsiolkovski évoquait ainsi l'utilisation de « gigantesques miroirs constitués de feuilles extrêmement minces ».

Des outils d’exploration

Si les voiles photoniques propulsées par laser appartiennent encore à l'avenir, les voiles solaires sont déjà une réalité. Plusieurs petites voiles solaires ont été placées en orbite terrestre afin de démontrer la faisabilité de cette technologie. Des voiles solaires plus grandes pourraient offrir de nouveaux moyens d'exploration du Système solaire lointain.

Tout d'abord, puisqu'elles n'ont pas besoin d'emporter de carburant, les voiles solaires peuvent réaliser de longues missions nécessitant beaucoup d'énergie, dont certaines seraient pratiquement impossibles avec des engins conventionnels. Par exemple, rejoindre une comète à longue période se déplaçant sur une orbite très elliptique ou fortement inclinée autour du Soleil demande une quantité d'énergie importante.

Ramener sur Terre un échantillon prélevé à la surface d'une telle comète est encore plus difficile. Avec une propulsion conventionnelle, le vaisseau doit transporter jusqu'à la comète le carburant nécessaire au voyage de retour.

Avec une voile solaire, revenir vers la Terre n'est pas fondamentalement plus difficile que d'atteindre la comète. Les voiles solaires peuvent en effet « tirer des bords », à la manière d'un voilier : en inclinant la voile, elles peuvent gagner de la vitesse et s'éloigner progressivement du Soleil, ou au contraire modifier leur orientation afin de perdre de la vitesse et de spiraler vers l'intérieur du Système solaire.

Les voiles solaires peuvent également suivre des orbites inhabituelles en utilisant la pression de la lumière pour compenser partiellement la gravité. Cela pourrait, par exemple, permettre à une voile solaire de rester pratiquement stationnaire très haut au-dessus des pôles terrestres.

Les voiles solaires et les voiles photoniques constituent ainsi des étapes permettant de passer du présent au futur, et de l'exploration de notre propre Système solaire à celle des étoiles lointaines. Peut-être qu'un jour, LHS 1140 b sera elle-même survolée par une voile photonique venue de la Terre.