Ufologie

Voyages interstellaires

Limites physiques incontournables

Tout comme nous, les extraterrestres sont soumis aux lois physiques qui régissent le mouvement des objets sur Terre, de même que partout dans l’univers. Quitter leur planète d’origine pour venir nous visiter, quelle que soit la technologie de propulsion utilisée, exigera beaucoup de temps et d’énergie.

Contrairement à ce que nous laissent croire un grand nombre de films de science-fiction, on ne peut pas contourner les lois de la nature. Les progrès de la science nous permettront sans doute de les raffiner, mais ces avancées doivent tenir compte des observations et des expérimentations qui ont servi à les élaborer et les confirment sans cesse.

Pour bien apprécier l’ampleur des contraintes physiques auxquelles sont soumis les déplacements ultrarapides, il est parfois utile de procéder à des calculs simples, basés sur des principes fondamentaux dont on fait l’expérience tous les jours.

Les limites de l’accélération

Pour voyager vers les étoiles, même les plus proches, il faut aller très vite, sinon le voyage sera interminable. La plus proche étoile, Alpha Centauri, est à 4,3 années-lumière, soit à 40 000 milliards de kilomètres. Les engins les plus rapides lancés par les humains se déplacent à environ 20 km/s ; à cette vitesse, il faudrait plus de 60 000 ans pour se rendre aux étoiles les plus proches du Soleil.

Il faut donc se déplacer beaucoup plus rapidement. Et pour atteindre de hautes vitesses, il faut accélérer pendant longtemps. En voiture, on n’accélère que très brièvement. Par exemple, certains bolides passent de 0 à 100 km/h en 2,8 secondes. En fin d’accélération, ils voyagent à 28 m/s ; si leur accélération est uniforme, leur vitesse aura augmenté de 10 m/s chaque seconde. Cela correspond à l’accélération en chute libre et aussi à la gravité terrestre (1 g).

Pour accélérer à de très grandes vitesses, il ne faudrait pas que l’accélération que l’on subit dépasse de beaucoup celle correspondant à la pesanteur à la surface terrestre. Au-delà, on commence progressivement à avoir, notamment, des problèmes de fatigue et de circulation sanguine, en peinant sous un poids plus grand.

Si on augmente sa vitesse de 10 m/s chaque seconde (1 g), le temps pour atteindre une vitesse proche de celle de la lumière (300 millions de m/s) serait théoriquement de 30 millions de secondes. Cela équivaut à presque une année ! Espérons que la cabine du vaisseau spatial sera assez grande et confortable. Évidemment, nous n’atteindrons jamais la vitesse de la lumière puisqu’en s’y approchant les effets relativistes deviennent importants.

Ainsi, pour aller visiter une planète dans un autre système solaire à vitesse maximale et en revenir, on doit accélérer et décélérer (processus similaire, mais inverse) deux fois. Du point de vue de la Terre, le temps minimum serait donc de presque 4 ans ; à cela, il faut ajouter deux fois le temps pour parcourir la distance vers l’étoile choisie (s’y rendre et revenir).

Les effets relativistes

Le voyageur pourra épargner beaucoup de temps en se déplaçant près de la vitesse de la lumière ; à constante accélération de 1 g, il pourra même se rendre au centre de la galaxie et en revenir en moins de 40 ans ! Car à des vitesses s’approchant de celle de la lumière, l’espace du voyageur se contracte, selon les équations de la relativité d’Einstein.

N’allons pas croire que cette théorie ne s’applique pas partout dans l’univers. Les astronomes sont témoins chaque jour de la courbure de l’espace intersidéral ; les physiciens accélèrent dans un cyclotron des particules qui suivent les contraintes de la relativité ; la technologie du GPS doit tenir compte de ces équations pour rendre ces appareils fonctionnels.

La nature est ainsi faite que la vitesse de la lumière ne peut être dépassée et que les déformations de l’espace et du temps s’appliquent lorsque l’on s’approche de celle-ci ou que l’on se trouve près d’une grosse masse comme la Terre.

Tenant compte des effets relativistes, le tableau 1 indique le temps requis pour se rendre vers les plus proches étoiles, le centre de notre galaxie et jusqu’à la galaxie d’Andromède. Le graphique 1 montre de façon dramatique l’écart exponentiel entre le temps du voyageur à bord du vaisseau et celui d’un observateur sur Terre – écart de temps vertigineux avec lequel il devra composer à son retour (1).

Le carburant idéal : l’antimatière

Un autre obstacle de taille aux voyages interstellaires concerne les énormes quantités d’énergie requises pour effectuer un tel périple. Pour accélérer un objet, il faut appliquer une force sur cet objet, qui s’obtient en produisant de l’énergie. Et la seule façon efficace d’accélérer un vaisseau dans l’espace est de projeter de la matière vers l’arrière de celui-ci pour le faire aller de l’avant – selon la loi de Newton d’action-réaction.

C’est ainsi qu’on réussit à faire voler des avions à réaction et à lancer des fusées vers la Lune. La masse de la matière projetée à l’arrière multipliée par sa vitesse d’éjection doit demeurer égale à la masse du vaisseau (avec son carburant non éjecté) multiplié par sa vitesse de propulsion. Comme le ravitaillement en carburant n’est pas possible dans un espace intersidéral vide, il faut emporter tout le carburant nécessaire au voyage avant de partir.

L’efficacité de nos méthodes actuelles de propulsion (combustion d’hydrogène et d’oxygène) est dérisoire : certains l’ont estimée à un cent millionième de pour cent ; de plus, d’autres méthodes envisageables, comme la fission ou la fusion, sont bien loin d’atteindre même un pour cent de rendement (2). Il faut une autre méthode énergétique bien plus performante et la meilleure serait la réaction matière-antimatière avec théoriquement cent pour cent de rendement.

Nous sommes évidemment bien loin de pouvoir concevoir et réaliser un tel moteur, mais des extraterrestres technologiquement très avancés le pourraient peut-être. Toutefois, l’antimatière n’existe pas dans notre environnement immédiat. Heureusement pour nous, sinon elle réagirait aussitôt avec la matière dans une gigantesque explosion !

Il faut donc créer de l’antimatière et nous pouvons en créer dans d’énormes cyclotrons. Toutefois, ces derniers n’en produisent que quelques milliardièmes de gramme par an, et à un coût exorbitant ! Générer un seul kilo d’antimatière au moyen des accélérateurs de particules présents prendrait environ 30 millions d’années (3). Une civilisation technologiquement très avancée pourrait en créer beaucoup plus rapidement que nous, mais probablement à un coût énergétique aussi considérable.

Les énormes quantités d’énergie requises

Négligeons les formidables difficultés à créer et à contenir de l’antimatière et demandons-nous combien il en faudrait pour aller vers les étoiles. On distingue : 1) l’aller-retour avec arrêt et rechargement sur place de carburant et 2) l’aller-retour avec arrêt, mais sans pouvoir faire le plein en territoire inconnu.

Dans le cas de l’aller-retour avec arrêt, on doit accélérer à 1 g durant la moitié de la distance et décélérer l’autre moitié. Si on prévoit ne pas pouvoir se ravitailler en carburant, on doit apporter dans le vaisseau tout le carburant nécessaire au retour. Rappelons que, pour atteindre le rendement énergétique maximum possible de 100 %, le carburant devrait être constitué de matière et d’antimatière de masse égale.

Pour faire le voyage avec une demi-douzaine de cosmonautes, il faudrait probablement un habitacle spatial d’au moins 10 tonnes. Cependant, cela serait bien peu de masse comparativement à la masse de carburant requise, soit environ 15 000 tonnes (4), pour se rendre jusqu’à l’étoile la plus proche (Alpha Centauri à 4,3 années-lumière) et en revenir sans grand espoir d’y faire le plein.

Si notre carburant, formé également de matière et d’antimatière, avait la densité de l’eau et si son réservoir était cubique, son arête serait d’environ 25 mètres de long. Dans ces calculs, nous excluons la masse des parois du réservoir, des appareils requis pour séparer matière et antimatière et du moteur lui-même...

Le tableau 2 démontre les énormes quantités requises pour aller à seulement quelques centaines d’années-lumière de la Terre. Pour se rendre sur une planète près de l’étoile Mirach, située à 200 années-lumière de nous, et en revenir, il nous faudrait 19 milliards de tonnes de carburant. En supposant une densité semblable à celle de l’eau pour le carburant, le réservoir du vaisseau serait un cube de 2,6 km d’arête !

Une constatation physiquement irréfutable s’impose : pour aller vers les plus proches étoiles, les visiter et en revenir, il nous faudrait traîner un réservoir cubique de plusieurs kilomètres de côté – vaisseau pourtant muni du moteur le plus performant possible, carburant à l’antimatière.

Nous sommes bien loin de pouvoir entreprendre de tels voyages. Des extraterrestres qui voudraient nous visiter seraient confrontés aux mêmes limites physiques que nous. Le graphique 2 résume les énormes dépenses d’énergie requises pour un voyage vers les étoiles, avec ou sans ravitaillement de carburant à la destination (5).

Nombre d’étoiles environnantes

Un autre facteur physique ajoute une difficulté particulière aux voyages interstellaires : le très grand choix d’étoiles qui s’offre à l’explorateur. Notre galaxie contient environ 200 milliards d’étoiles. Autour de nous, nous pouvons en compter une dizaine dans un rayon de 10 années-lumière et environ 260 000 étoiles dans un rayon de 250 années-lumière (6). Le tableau 3 en fait le décompte approximatif pour notre galaxie.

Devant un choix aussi grand, l’explorateur devra sélectionner sa destination avec grand soin. Étant donné les très grandes distances à parcourir et l’énergie énorme requise pour se déplacer à haute vitesse, il voudra sans doute s’assurer que la planète visée sera habitée par de la vie intelligente ayant développé une certaine technologie. Il préférera sans doute ne pas entreprendre un aussi long et périlleux voyage pour visiter une planète déserte comme Mars, un enfer corrosif comme Vénus ou un satellite gelé comme Ganymède.

Comme l’a mentionné l’astrophysicien Robert Lamontagne durant sa conférence (7), les ondes radio que nous envoyons dans l’espace ou d’autres indices de technologie humaine ne peuvent aujourd’hui se trouver à plus d’une centaine d’années-lumière. Cela limite à un rayon maximum de 50 années-lumière du Soleil la distance où se trouverait une civilisation avancée pouvant communiquer avec nous et répondre à nos signaux par ondes électromagnétiques ou même venir nous visiter à près de la vitesse de la lumière.

Environ 1800 systèmes stellaires se trouvent dans un rayon de 50 années-lumière du Soleil. Il n’y a donc que ce nombre relativement restreint d’endroits possibles d’où une civilisation extraterrestre pourrait communiquer avec nous. Rappelons que ce nombre représente moins d’un cent millionième des étoiles de notre galaxie. Espérer qu’on nous visite à partir d’une planète se trouvant à moins de 50 années-lumière équivaut à calculer qu’il y aurait présentement en moyenne au moins cent millions de civilisations très avancées technologiquement dans notre galaxie... Un nombre que la plupart des chercheurs dans ce domaine estimeraient beaucoup trop élevé.

Fabuleuses odyssées spatiales

Du point de vue des lois physiques fondamentales, qui s’appliquent partout dans l’univers, les voyages interstellaires se butent à de très sérieuses limites de temps et d’énergie, qui nous semblent aujourd’hui incontournables.

Se rendre à un système stellaire distant de quelques centaines d’années-lumière et en revenir ne prendrait aux voyageurs qu’une vingtaine d’années, en supposant qu’on puisse fournir à notre vaisseau spatial une accélération confortable de 1 g. Mais qui voudrait revenir sur Terre plusieurs centaines d’années plus tard ?

La quantité d’énergie requise pour de tels voyages pose un problème encore plus formidable, même avec du carburant fait d’antimatière. Se rendre aux plus proches étoiles et en revenir nous obligerait à transporter un réservoir de carburant de plusieurs kilomètres cubes. Peu d’observateurs d’ovnis ont rapporté avoir vu un vaisseau aussi gros qu’une montagne !

Nous sommes aussi spatialement isolés par le fait que notre technologie n’a probablement pu être détectée par une civilisation à l’extérieur d’une sphère d’un rayon de plus de 50 années-lumière du Soleil, en comptant le temps qu’elle prendrait pour réagir à nos signaux. Après avoir identifié la source de cette technologie, il lui faudrait au moins une autre cinquantaine d’années pour communiquer avec nous électroniquement et quelques années de plus pour établir un contact physique – si tant est qu’elle veuille consacrer autant de ressources à se déplacer à des dizaines d’années-lumière.

L’espoir d’un contact si tôt après notre récent développement technologique reste bien mince. Ceux qui pensent que des extraterrestres nous visitent jour après jour depuis des dizaines d’années ne semblent pas avoir compris les barrières formidables qui encadrent rigoureusement le voyage interstellaire.

Notes

1. GIBBS, Philip. The Relativistic Rocket, [En ligne], 1996. [ http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/rocket.html ] (Consulté le 1er juillet 2014).