Le voyage interstellaire.

Après avoir soigneusement dézingué à la tronçonneuse les témoignages d'OVNI 🛸 dans les épisodes de Valensole, Trans en Provence et l'affaire de Cussac, je vais aujourd'hui vous expliquer pourquoi les petits hommes verts 👽 ne peuvent et ne pourront jamais physiquement nous rendre visite. Et l'inverse est tout aussi vrai : jamais nous ne pourrons nous rendre dans l'environnement d'une autre étoile ⭐️, pas même la plus proche.

Je vous entends déjà : "Oui, mais t'as vu les progrès qu'on a fait en 2 siècles, imagine dans 1.000 ans !". Ben non ⛔️, ça ne changera rien.

OK je vais déjà poser les bases :

Interstellaire : entre les étoiles. Le voyage interstellaire suppose de partir d'une étoile (enfin son environnement : pour nous la terre 🌏, notre étoile étant le soleil) pour nous rendre sur une planète qui orbite autour d'une autre étoile. L'étoile la plus proche de la nôtre est Proxima Centauri. Proxima parce que c'est la plus proche et Centauri parce qu'elle se trouve dans la constellation du Centaure. La distance qui nous sépare de Proxima Centauri est de 4,24 années lumières. Ça veut dire qu'en étant capable de voyager à la vitesse de la lumière (même pas en rêve 🤣) il nous faudrait environ 10 ans pour nous y rendre (aux 4,24 années il faut ajouter une phase d'accélération et une autre de freinage).

Proxima est la plus proche et c'est déjà trop loin 🔭 Tellement loin qu'il est difficile de se rendre compte. OK, mais c'est loin comment ?

Imaginez que notre soleil aurait la taille d'une bille de 1 cm. A cette échelle la terre est un pixel qui se trouve à 1 m. La lune est presque collée à la terre (on met 7 jours pour s'y rendre). Et Proxima est à.... 286 km. 😲

A cette échelle, la lumière ne progresse que de 2 mm par secondes. La vitesse de la lumière qui nous parait instantanée sur terre est en réalité très lente à l'échelle de l'univers.

Retrouvez ici l’histoire de la mesure de la vitesse de la lumière et la vitesse de la lumière.

Jusqu'où avons-nous déjà voyagé ?

En voyage habité : seulement jusqu'à la lune 🌜 (384.000 km : c'est littéralement notre jardin). Mais nous avons envoyé des sondes 🛰 ou des atterrisseurs, ou des robots, des orbiteurs sur ou autour de toutes nos planètes. Et même au delà : lancées en 1977, les célèbres sondes "Voyager" qui étaient conçues pour explorer Jupiter et Saturne ont depuis dépassé Uranus et Neptune et se trouvent aujourd'hui à 20 et 24 milliards de km de notre terre. C'est à dire 0,0025 année lumière de distance ou encore 1 jour lumière. En 48 ans. Sans personne dedans (aucune contraintes d'oxygène, d'alimentation, d'hygiène, de protection contre les radiations, de prévention de la folie).

Et il nous faut parcourir 4,24 années lumières. 🫤

Je résume : notre voyage habité le + éloigné : la lune 1,25 seconde lumière, on met 7 jours.

Voyage non habité le + éloigné : 1 jour lumière en 48 ans. Après plusieurs accélérations gagnées par effet de fronde gravitationnelle (dernier paragraphe), les sondes Voyager filent aujourd'hui à 15 km/s (54.000 km/h), c'est à dire 20.000 fois plus lentement que la vitesse de la lumière qui est de 300.000 km/s. A la vitesse des sondes voyager, déjà prodigieuse pour notre technologie, il nous faudrait... 80.000 ans pour atteindre Proxima du Centaure si elles se dirigeaient dans leur direction, ce qui n'est absolument pas le cas.

Voilà, ça, c'était juste un rappel des bases pour que vous ayez une vision plus précise du challenge qui nous attend.

Quels sont les verrous qu'il faut faire sauter pour envisager le voyage interstellaire ?

A la lecture de ce qui précède, si vous pensez que le principal obstacle est la distance / durée, vous n'y êtes pas.

Nous allons devoir faire face à des limites :

• technologiques,

• physiologiques,

• physique. (de la physique).

Les limites technologiques : (au sens où des progrès sont envisageables).

Comment appliquer une vitesse à un vaisseau 🚀 ?

Dans l'espace il n'a a pas d'atmosphère sur laquelle s’appuyer. C'est donc le principe action / réaction qui s'applique. On éjecte quelques chose à l'arrière (action) ce qui génère une poussée vers l'avant (réaction).

• La propulsion chimique : celle actuellement utilisée.

  Ce quelque chose que l'on éjecte, c'est le produit d'une combustion chimique. On mélange un carburant (liquide : dérivé du kérozène, ou gazeux par ex méthane, à un comburant : souvent de l'oxygène ou encore solide : poudre). On les appelle des ergols. Il y a plein de combinaisons d'ergols possible : hydrazines, triméthylaluminium, triméthylborane, propulseurs à poudres, etc...

  
  

  Pour aller + vite et + loin, il suffit d'emporter + d'ergols ?

  Non : L'énergie nécessaire pour accélérer un objet est égale à la masse de l'objet multiplié par sa vitesse au carré. Ça c'est embêtant. Ça veut dire qu'à chaque fois que l'on voudra doubler la vitesse il faudra quadrupler l'apport en énergie. Pour augmenter la vitesse d'un facteur 4 il faut 16 fois + d'énergie. Pour vitesse x 10 > énergie x 100. C'est exponentiel ! 😩

  Donc plus on va se rapprocher de la vitesse de la lumière, plus la quantité d'énergie nécessaire tendra vers l'infini. Et + on augmentera la quantité d'ergols + on augmentera la masse et + il faudra d'ergols. Le serpent se mord la queue, c'est clairement une impasse.

  Donc les vaisseaux spatiaux dans Star Wars qui atteignent instantanément des vitesses supra luminiques, c'est très cool mais ça n'arrivera jamais. Moi aussi j'aurai bien aimé, mais c'est et ça restera du divertissement.

  
  

  Par contre il y a 1 paramètre sur lequel on a une (petite) marge de progression : la vitesse d'éjection des gaz. Imaginons que vous emportiez la totalité de la masse de l'univers comme ergols (oui c'est débile) et que vous les expulsiez aux vitesses communément admises aujourd'hui, soit ~ 3 km/s. La vitesse de la fusée ne sera que de ~ 1.800 km/s. OK c'est 120 fois + que ce que l'on sait faire aujourd'hui mais c'est cruellement dérisoire ! (ça nous place encore à ~ 1.000 ans de voyage pour Proxima).

  Donc, la clé n'est pas d'emporter + d'ergols mais de les éjecter + vite.

  Du point de vue de la physique, l'énergie qui nait de la combustion du mélange chimique ne permet d'atteindre des vitesses d'éjection que de 3 km/s, soit 0.001 % de la vitesse de la lumière. D'autres moyens permettent d'atteindre des vitesse d'éjection plus rapides.

  (A compter de maintenant je vais nommer"c" la vitesse de la lumière. C'est le c de E = m * c²).

  
  

• Les propulsions alternatives :

  Dans la propulsion nucléaire (fission ou fusion) on trouve 7 solutions très différentes. Pour faire court, certaines éjectent directement le produit de fission ou de fusion, quand d'autres utilisent la fission ou la fusion pour chauffer un gaz propulsif ou fabriquer de l'électricité qui alimentera un moteur ionique.

  • Fission nucléaire : l'énergie qui nait de la réaction de fission permet d'atteindre des vitesses d'éjection des gaz de 12.000 km/s, soit 4% de c.

  • Fusion nucléaire : l'énergie qui nait de la réaction de fusion permet d'atteindre des vitesses d'éjection des gaz de 36.000 km/s, soit 9% de c.

  • Moteurs ioniques, à effet hall : très efficace en terme de vitesse d'éjection (50 km/s), ils n'exercent qu'une poussée très faible. Ils sont donc cantonnés à la correction de trajectoire des satellites.

  • L'antimatière : l'énergie qui nait de la réaction de matière / antimatière permettrait d'atteindre des vitesses d'éjection de 80% de c.

  
  

  Le meilleur axe de progression possible serait la propulsion nucléaire, surtout la fusion, avec l'acceptation d'un risque (faible mais aux répercutions majeures en cas d'accident nucléaire lors d'un lancement). Certaines solutions (notamment des RTG pour Générateur Thermoélectrique à Radio-isotope) sont déjà couramment utilisés, mais pas en tant que propulseur, seulement pour alimenter en électricité des sondes ou des petits équipements annexes. Un RTG (basé sur la désintégration radioactive de plutonium 238) de 43 kg produit 100 W d'électricité pendant 14 ans. C'est très fiable, sans entretien et sans équivalent.

  
  

  Quant à l'antimatière, il ne s'agit que de pure spéculation théorique, seuls quelques grammes ont pu être synthétisés à prix d'or en laboratoire et il est impossible de la stocker, encore moins en grandes quantité ! En effet, l'antimatière et la matière s'annihilent instantanément au contact l'une de l'autre. Comment alors stocker de l'antimatière dans un réservoir réalisé en matière ? ou alors il faudrait un réservoir en antimatière, mais alors il se détruirait immédiatement au contact de la matière... Insoluble.

  
  

  Donc aujourd'hui nous utilisons la propulsion chimique, la moins efficace mais la seule que nous sommes capable de maitriser. Sur une fusée de 5.000 tonnes il faut considérer qu'il y a + de 4.500 tonnes d'ergols, 400 tonnes constituent la fusée, les moteurs et équipements, pour à peine 100 tonnes de charge utile en orbite basse, mais seulement 20 en orbite géostationnaire (ordres de grandeur).

  
  

  Les seuls progrès envisageables viendraient de la propulsion nucléaire, qui pourraient nous faire passer d'une vitesse d'éjection de 0.001 % de c à 9 % dans le meilleur des cas. En théorie. A cette vitesse (sans compter les phases accélération / freinage) il faut 47 ans pour rejoindre Proxima Centauri. C'est un progrès considérable (c'est un gap de 100.000 !), mais nous allons maintenant voir que nous avons encore d'autres problèmes à résoudre.

Les limites physiologiques : (du corps humain).

Je vais ci-après souvent faire référence à l'ISS dont les contraintes sont un bon point de comparaison.

• Le manque de gravité et ses conséquences : à bord de l'ISS les astronautes vivent en microgravité. Voir en détail ici : apesanteur et absence de gravité. Cela a de graves répercutions sur leur santé : perte de densité osseuse, atrophie musculaire, variations de la pression artérielle, perturbation du système immunitaire et aplatissement des globes oculaires. Heureusement, chacune de ces conséquences est réversible, la durée moyenne d'une mission à bord de l'ISS étant comprise entre 3 et 6 mois. C'est la raison pour laquelle les occupants de l'ISS font en moyenne 2 H de sport par jour.

  Un vaisseau interstellaire devrait donc comporter un dispositif de gravité artificielle pour contrer les effets de l'apesanteur qui durerait plusieurs décennies.

  
  

• Les radiations : sur terre, le vivant est protégé de toute forme de radiations naturelles par l'atmosphère et le champs magnétique terrestre. Plus d'infos sur le champ magnétique terrestre ici. Mais à bord d'un vaisseau interstellaire, les occupants sont bombardés de particules à forte énergie. En 3 mois dans l'ISS, les astronautes reçoivent 1 millisievert / jour, ce qui correspond à la dose que vous recevez sur terre en 1 an. Le taux de mortalité par cancer est 2,48 fois plus élevé chez les astronautes. Malgré des protections antiradiations renforcées, le niveau de radiation à l'intérieur de l'ISS n'a pu être réduit de manière significative et on pense que de nouvelles avancées technologiques seront nécessaires avant que l'homme puisse effectuer des vols de longue durée.

  Un vaisseau interstellaire devra être équipé d'un blindage anti radiations (qui reste à inventer).

  
  

• Eau & nourriture : Un long voyage implique l'emport d'eau et de nourriture. L'ISS reçoit, entre autres choses, nourriture et boissons lyophilisées tous les ~45 jours. Quelques fruits et légumes frais seront consommés très rapidement (il n'y a pas de réfrigérateur). Les menus sont choisis à l'avance par chaque astronautes sous la supervision d'un diététicien et reviennent tous les 15 jours.

  A bord de l'ISS, l'eau est recyclée à 98%. Comprenez par là que les astronautes boivent leur sueur et... leurs urines. Après être passées par le Water Processor Assembly (WPA) les urines passent dans un réacteur catalytique iodé. La pureté est supérieure aux eaux que nous consommons sur terre.

  Un vaisseau interstellaire ne pourra pas compter sur des livraisons de nourriture et devra donc en embarquer des dizaines de tonnes.

  
  

• L'oxygène est transformé en dioxyde de carbone (aussi appelé gaz carbonique, le fameux CO2) lors de la respiration. A bord de l'ISS, l'oxygène fait aussi l'objet d'un recyclage, d'ailleurs intimement lié à celui de l'eau. En effet, l'oxygène est produit par électrolyse de l'eau. Et il y a une petite réserve de secours d'oxygène en cas de panne de l'électrolyse, juste suffisante pour évacuer l'ISS et rentrer sur terre.

  Malgré le recyclage, les consommables en eau et oxygène s'élèvent à un peu plus d'une tonne par astronaute et par an. Sans compter le poids des machines qui procèdent au recyclage.

  Un vaisseau interstellaire devra emporter des dizaines de tonnes d'eau et être équipé de systèmes de recyclages redondants, les pannes étant inévitables sur le long terme.

  
  

• La folie. A mon sens, c'est certainement le point le plus critique. Si l'on peut espérer des avancées technologiques qui nous permettent de résoudre ou d’atténuer les points précédents, imaginez une poignée d'hommes et femmes enfermée dans une boite de conserve, obligés de cohabiter sur une très longue durée. Ce qui pose la question du choix du nombre : moins de 10 serait techniquement plus facile mais invivable. 50 serait certainement un bon compromis mais les problèmes techniques deviennent insurmontables.

  Dans l'ISS les communications radio avec la terre se font sans latence. Mais le temps de réponse entre les communications augmentera rapidement à mesure que le vaisseau s'éloignera, rendant rapidement toute conversation impossible. Ce qui aura un effet délétère sur le moral des astronautes.

  La sexualité sera un problème. L’abstinence est acceptable sur quelques mois mais pas sur des dizaines d'années. Au delà des inévitables problèmes d'égo et autres "combats de coqs" il n'est pas sûr que le coït soit possible en apesanteur.

Mais admettons : nous avons résolu la gravité artificielle, nous avons des blindages antiradiations, de l'eau, de la nourriture et de l'oxygène à gogo et nos voyageurs de l'espace ne vont pas s'entretuer au bout de 5 ans, promis juré, ils ont signé en bas à droite du contrat. 🤣

Les limites de la physique : (au sens où on ne peut transgresser les limites de la physique, ni nous, ni aucune autre forme de vie intelligente venue d'ailleurs. Les règles de la physique sont les mêmes partout dans l'univers).

Houston, nous avons 2 problèmes : la distance et la durée.

Pour la distance, on ne peut pas faire grand-chose. 🙄 Eh ben si en fait ! Au sein de notre galaxie, les étoiles ont des vitesses relatives les unes par rapport aux autres. Et il se trouve que Proxima ne sera bientôt plus qu'à 3 années lumières de nous. 😀 Cool ! ça fait déjà 1,4 an de gagné ! Mais bientôt comment ? Dans 25.000 ans 🫤. Ah ben oui, le temps astronomique n'est pas comparable au temps humain... 😉

Ne reste donc que la durée.

Pour réduire la durée il faut augmenter la vitesse. Et papy Albert nous a appris que la vitesse de la lumière étant une constante, avec un "c". Et RIEN ne peut la dépasser. ❌⛔️

Il est important de comprendre la différence entre la lumière (les photons) et un vaisseau (constitué d'atomes). Si la lumière est si rapide, c'est parce que les photons n'ont pas de masse. Je ne suis pas en train de dire qu'ils sont très légers, non, ils n'ont PAS de masse. Alors que bien entendu, un vaisseau interstellaire aura une masse... considérable. Le prototype Starship de SpaceX conçu pour seulement aller tutoyer Mars n'est actuellement qu'une coquille vide et il pèse déjà ~5.000 tonnes.

Bon d'accord, on ne peut pas approcher la vitesse de la lumière, mais dans quelques décennies ou siècles on pourra surement faire mieux qu'aujourd'hui ?

Quelques lignes plus haut dans la liste des solutions de propulsion, on a vu que dans le meilleur des cas on ne pourrait, au prix d'incroyables avancées, qu'atteindre 9% de c. Soit 47 années, auxquelles il faut ajouter le temps de l'accélération et du ralentissement, on est donc à peu près sur un voyage d'un siècle.

Vous avez entendu parler de la relativité d'un certain Einstein ?

Ces quelques caractères très connus : E = m * c² sont très lourds de conséquences. Cette formule nous dit que c, la vitesse de la lumière, est toujours la même, c'est une constante pour tous les observateurs (fixes ou mobiles). Ça veut dire que la lumière des phares d'un véhicule se déplaçant à haute vitesse n'est pas plus rapide que la lumière des phares à l'arrêt.

Prenez un doliprane. 💊🤯🤣

La conséquence de ça est que, si on se déplace à une vitesse proche de celle de la lumière et que la lumière conserve la même vitesse qu'à l'arrêt, alors il faut accepter qu'autre chose se déforme pour compenser.

A ces vitesses proches de c, les distances, la masse et le temps apparaissent différemment selon que vous soyez dans l'objet en mouvement, ou un observateur à l'arrêt. C'est ce que l'on appelle les effets relativistes.

Je vous avais prévenu pour le doliprane. 💊

Je vais le redire autrement : en s'approchant de c, le temps et les distances perçues dans le vaisseau 🚀 sont + courts que ceux perçus sur terre 🌏.

Bon mais alors à quelle vitesse faut-il se déplacer pour observer les effets relativistes ?

• Les sondes "Voyageur" sont les objets les + rapides jamais construits par l'homme :

  0.001% de c : effets relativistes : néant.

• 10% de c : dilatation du temps 0.5%. 1 an sur terre = 363 jours dans le vaisseau.

• 50% de c : dilatation du temps 15.5%. 1 an sur terre = 316 jours dans le vaisseau.

•  70% de c : dilatation du temps 40%. 1 an sur terre = 261 jours dans le vaisseau.

•  90% de c : dilatation du temps 129%. 1 an sur terre = 159 jours dans le vaisseau.

•  99% de c : dilatation du temps 609%. 1 an sur terre = 51 jours dans le vaisseau.

•  99.9% de c : dilatation du temps 2137%. 1 an sur terre = 16 jours dans le vaisseau.

La contraction des distances est la même en % que celle du temps.

Pour un vaisseau à 99 % de "c" :

• Observé depuis la terre il parcourt 0,99 année lumière en 1 an.

• Observé depuis le vaisseau, cette distance semble raccourcie à ~0,14 a.l., ce qui explique pourquoi le voyage semble plus rapide à bord.

C’est cette contraction des distances qui compense la dilatation du temps, en permettant au voyageur d’atteindre des étoiles lointaines en moins de temps propre.

C'est ce qu'on appelle le facteur de Lorentz.

On voit que les effets relativistes sont très lents à démarrer mais qu'ils sont exponentiels.

Vous avez vu Interstelar ? 🎬 Reprenez un 💊

En espérant atteindre 10% de c grâce à la propulsion nucléaire, 365 jours sur terre seraient perçus comme 363 jours à bord.

Même en se déplaçant à 50 % de c (on a vu que c'était impossible techniquement) l'équipage ne gagnerait que 49 jours terrestres.

Tout espoir est donc perdu ?

Si on parvient un jour à maitriser une propulsion capable d'accélérer un vaisseau à 10% de c pendant 100 ans, (47 ans pour rejoindre Proxima Centauri, + les phases accélération / freinage), à moins que d'envisager un vaisseau intergénérationnel avec toutes ses contraintes, nourriture, eau, oxygène, radiations, folie... c'est mort.

Ou alors, il est plus facile d'envisager une vitesse nettement moins ambitieuse. Le vaisseau pourrait mettre plusieurs milliers d'années pour arriver à destination. Donc pas d'humains à bord. La robotique aurait progressé au point d'envoyer des robots, humanoïdes ou pas, boostés à l'IA et capables, sinon de conscience, au moins de prendre des décisions très complexes comme le ferait un groupe d'humains. Ça, c'est nettement plus probable que d'espérer 10% de c.

Ces robots seraient évidemment insensibles aux problèmes physiologiques et seraient mis en sommeil durant la longue phase de déplacement. Le vaisseau arriverait à destination après un voyage de plusieurs milliers d'années, à une époque où notre humanité aurait disparue.

Michel HAVEZ, Juillet 2025.