Des ingénieurs conçoivent une voile spatiale pour transporter des sondes vers Alpha du Centaure en "seulement" 20 ans

Des ingénieurs conçoivent une voile spatiale pour transporter des sondes vers Alpha du Centaure en "seulement" 20 ans
Des ingénieurs travaillent sur une voile spatiale qui pourra amener des nanosondes dans le système stellaire le plus proche du nôtre : Alpha du Centaure. Celle-ci étant propulsée par des rayons lasers situés sur Terre devrait pouvoir atteindre un cinquième de la vitesse de la lumière et ainsi rejoindre les étoiles et les exoplanètes d’Alpha du Centaure en une vingtaine d’années.


Vue d'artiste de la voile spatiale du projet Breakthrough Starshot.


Vue d'artiste de la voile spatiale du projet Breakthrough Starshot.
Comment fabriquer une voile pouvant atteindre un cinquième de la vitesse de la lumière ? Ce défi technologique est au cœur du projet "Breakthrough Starshot" qui a pour but d’envoyer des nanosondes dans le système stellaire le plus proche du nôtre : Alpha du Centaure. En utilisant une voile ultrafine de trois mètres de large, propulsée par un rayon laser particulièrement puissant, ces nanosondes pourraient atteindre Alpha du Centaure, qui se situe à 4,37 années-lumière, en "seulement" 20 ans. Cependant, pour atteindre cette vitesse, la voile tirant le nanosatellite doit résister à la chaleur intense produite par le rayon laser. Dans une étude publiée au sein du journal Nano Letters, une équipe d'ingénieurs de l’université de Pennsylvanie (États-Unis) propose une forme de voile évitant qu’elle se déchire ou fonde face à la puissance du laser.


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Image d'illustration de Proxima, l'étoile la plus proche du Soleil et membre du système stellaire Alpha du Centaure accompagnée de l'une de ses exoplanètes. crédit: MARK GARLICK / SCIENCE PHOTO LIBRA / MGA / SCIENCE PHOTO LIBRARY VIA AFP
Une voile spatiale à l’épreuve de températures extrêmes
Le projet "Breakthrough Starshot" est né en 2017 grâce au financement de l’entrepreneur et milliardaire Russe Yuri Milner. Il a été ensuite rejoint par Stephen Hawkings qui l’a soutenu jusqu’à sa mort, le 14 mars 2018, car celui-ci estimait que la Terre atteindrait son “point d’incandescence” en 2600 et qu’il fallait que l’humanité parte à la recherche d’une nouvelle planète mère. "Breakthrough Starshot" souhaite envoyer une multitude de nanosondes en direction d’Alpha du Centaure rattachées à des voiles propulsées par des rayons laser. Ces voiles doivent permettre aux nanosondes d’atteindre le système stellaire le plus proche de nous en 20 ans contre plusieurs milliers d’années pour des fusées classiques.
Celles-ci seront composées de couches ultrafines d'oxyde d'aluminium et de disulfure de molybdène (un semi-conducteur). Ces matériaux leur permettront d’accumuler au mieux la pression radiative produite par les lasers. Cette pression radiative sert de propulseur pour la voile. Elle dépend de la quantité de photons qui touchent la voile et sont réfléchis par celle-ci : plus il y en a, plus vite ira l’objet propulsé. Cependant, cette grande quantité d’énergie déversée par les photons augmente grandement la température de l’objet propulsé. Ainsi, pour atteindre un cinquième de la vitesse de la lumière, la voile, plus légère qu’une plume, devra supporter une chaleur extrême.


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Un projet "farfelu" devenu réalisable
Pour éviter que celle-ci fonde ou se déchire, les ingénieurs ont déterminé une forme optimale pour la voile. Selon eux, elle devrait être similaire à un parachute avec une profondeur équivalente à sa largeur. “Une voile trop tendue, que ce soit sur un bateau ou dans l’espace, est bien plus susceptible de se déchirer. C’est un concept assez simple à comprendre mais nous avions besoin de faire des équations mathématiques particulièrement complexes pour montrer comment les matériaux composant la voile se comportent à l’échelle nanométrique”, explique Igor Bargatin, coauteur de l’étude et professeur associé en ingénierie mécanique à l’université de Pennsylvanie, dans un communiqué. En plus de cette forme particulière, la façon dont sont structurés les composants de la voile représente aussi un enjeu important pour permettre à celle-ci de ne pas se désintégrer. Les chercheurs estiment qu’il faut déterminer le placement des matériaux comme le tissu d’un vêtement et ainsi espacer les trous à l’intérieur en fonction de la longueur d’onde de la lumière et aussi espacer les couches des composants de la voile par rapport aux ondes thermiques. En optimisant le “tissu” de la voile, cela lui permet de gagner en vitesse plus rapidement et donc de l’exposer moins longtemps au rayon laser, ce qui limite ses chances d’être détruite par la chaleur.
Pour les ingénieurs, ce modèle est une véritable avancée dans le projet "Breakthrough Starshot". "Il y a quelques années, ne serait-ce que penser à ce genre de concept paraissait farfelu. Aujourd’hui, nous n’avons pas qu’un simple modèle, nous avons un modèle conçu avec de vrais matériaux utilisables dans nos laboratoires. Nous prévoyons maintenant de créer des structures similaires à la voile que nous voulons déployer à petite échelle et que nous testerons avec des lasers à forte intensité”, conclut Deep Jariwala, professeur de l’université de Pennsylvanie qui travaille aussi sur ce projet.


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