A débattre
L'ascenseur spatial a du mal à prendre son envol
Par Fabien Goubet | Etudiant en journalisme | 05/02/2009 | 10H04
Entrer dans une cabine d'ascenseur, et d'une seule pression sur un bouton, s'élever pour 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 à travailler d'arrache-pied. Le point sur cette construction cyclopéenne qui ferait rougir de honte les plus grands pharaons.
Las Cruces, Nouveau Mexique. Sous un soleil de plomb, une centaine de personnes assiste, intriguée, à l'élongation d'un fin câble par une machine. Tonnerre d'applaudissements lorsque celui-ci vient à casser. Des fous échappés d'un asile ? Pas du tout, 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, la NASA offrant deux millions de dollars au gagnant. De quoi se souvenir de 2009, l'année mondiale de l'astronomie, toute sa vie…
Il faut dire que l'agence a tout à gagner dans cette affaire : obtenir un câble supra-résistant, élément clé de l'ascenseur spatial. Mais revenons sur les avantages de cette construction par rapport à un lancement classique.
Les obstacles sont légion
Tout d'abord le coût de mise en orbite de charges est considérablement réduit : 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 l'orbite terrestre, l'ascenseur étant alimenté en électricité grâce à des lasers terrestres.
Ce n'est pas tout : il pourrait ramener sur Terre les déchets spatiaux, problème épineux toujours non résolu. Enfin, le challenge est de taille pour les agences spatiales : la première nation qui réussirait un tel exploit s'assurerait d'un contrôle économique, politique, et psychologique très durable dans le domaine spatial.
Outre le Tether Challenge, la Jaxa a organisé sa Space Elevator Association Conference en novembre dernier, et l'Esa l'Eurospaceward début décembre. Les industriels ne sont pas en reste, des groupes comme LiftPort existent depuis 2003 et planchent sur ce projet.
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.
Pour Roland Lehoucq, astrophysicien au CEA et enseignant à Polytechnique, 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. »
Une construction titanesque
Le système doit évidemment rester en équilibre, pour cela il faut un câble dont le centre est situé au niveau de l'orbite géostationnaire, soit 35 786Km. La partie inférieure tire l'ensemble vers la Terre alors que la partie supérieure a tendance à tirer vers le haut ; l'ensemble est ainsi mis en tension.
Ce qui nous donne une longueur totale de… 72 000 km, soit un quart de la distance Terre-Lune, ou six fois le diamètre de la Terre !
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, 10 000 fois plus fines qu'un cheveu et 100 fois plus résistantes que l'acier, ont amené les grandes agences spatiales mondiales à se pencher une nouvelle fois sur la question. Et si c'était tout bonnement à portée de main ?
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 000Km 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 63Gpa, soit l'équivalent d'un tir à la corde de 100 000 personnes de chaque côté !
Des écueils insurmontables ?
Individuellement, un nanotube de carbone peut endurer une tension de 100Gpa, capacité alléchante. Mais s'il vient à manquer un seul atome de carbone, sa résistance chute de 30%.
Des études de résistance de nano-matériaux ont récemment prouvé qu'il manquait en moyenne un atome de carbone tous les… quatre micromètres ! Nicolas Pugno de l'Ecole polytechnique de Turin, spécialiste des assemblages de nanotubes, publie un modèle dans un article paru en 2006 dans la revue Journal of Physics.
Selon ses résultats, un tube ne peut résister qu'à 30Gpa, et cela sans compter l'érosion due à l'oxygène. Inenvisageable, dans ces conditions, de construire un tel ascenseur. Roland Lehoucq renchérit :
« Les nanotubes sont très prometteurs mais il faut faire un monofilament sans défaut et de la bonne longueur. Pour l'instant la structure n'est pas régulière sur les quelques centimètres de longueur que nous sommes capables de fabriquer… »
La structure même n'est pas le seul problème montré du doigt. Les risques de collisions avec des micro météorites sont importants, leurs conséquences seraient désastreuses, même si certains chercheurs pensent améliorer sa résistance en modifiant sa forme.
Un objet qui ne laisse pas indifférent
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Problèmes de structure, de résistance, 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.
A ce propos, l'astronome tchèque Lubos Perek, du Czech Academy of Sciences Astronomical Institute, pense même que des propulseurs seraient nécessaires à la stabilisation de l'édifice.
Les choses se compliquent : la structure est alourdie, et le réapprovisionnement des propulseurs doit être envisagé, sans compter leur entretien. Serait-ce la fin de l'aventure ? A priori non, ces questions de stabilité sont encore débattues aujourd'hui et beaucoup de scientifiques ne partagent pas l'avis de Lubos Perek.
Quoi que l'on en pense, l'ascenseur spatial ne laisse pas indifférent. Pour de simples visiteurs, grande est la tentation de voir la Terre depuis l'espace. Pour les professionnels, pouvoir hisser et ramener des charges à loisir, et à moindre frais, est synonyme de croissance exponentielle.
Les enjeux sont trop grands pour l'abandonner, même si les obstacles sont légion, une question cruciale demeure : aura-t-on droit à une lancinante musique d'ascenseur une fois à l'intérieur ?
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Photo : « Lift Off » (Rodefeld/Flickr).
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De XavXav
10H19 | 05/02/2009 |
Pour l'instant c'est de la science fiction ! (c'est d'ailleurs bien mis en valeur dans l'article)
Par contre, si vous êtes intéressé par les nanotechnologies, il y a de nombreux labos en France, en particulier près de Paris, qui font des choses très intéressantes et plus prometteuses.
De A.V.
tamagotchi89 | 10H41 | 05/02/2009 |
Et l'escalier de secours ? …
à A.V.
De hi-gore
lotus | 15H51 | 06/02/2009 |
et si y tombe ?
à hi-gore
De Victor Led Zep
Professeur PC | 20H40 | 08/02/2009 |
Il ne peut pas « tomber ».
Quand un lanceur de disque, de fronde ou autre tourne sur lui même, on peut constater que dés qu'il lache la masse, celle-ci s'échappe immédiatement du lanceur.
L'expérience est simple à faire avec un pendule qu'on fait tourner à la verticale.
Cette force est nommée force « centrifuge », car elle induit une fuite depuis le centre de rotation.
Elle est proportionnelle au paramètre « R.w² “ : où R est le rayon de giration (distance ‘centre de rotation-masse’) et w la vitesse de rotation (exprimée en tours/minute par exemple). Ainsi, plus la masse du pendule est loin de votre main, et plus la force centrifuge est grande, de même, plus vous le faite tourner vite, plus il est difficile à retenir (il cherche à vous fuir…), dans le cas de la terre, w est fixée, égale à 1 tour/jour)
Le concept d'ascenseur spatiale repose sur le même principe. La terre tourne, on peut alors imaginer que depuis la surface on lache un fil. A priori ce fil s'étendrait vers l'espace indéfiniment, puisque soumis à la force centrifuge.
Heureusement pour nous, la force gravitationnelle est bien supérieure, à la surface de la terre (soir R~7000 km), à la force centrifuge ! Sans quoi nous nous envolerions…
Malgré tout, et puisque w est fixée, au delà d'un certain rayon de giration R, on peut comprendre que la force centrifuge (qui augmente avec R) devient plus forte que la force gravitationnelle (qui elle, diminue fortement avec R). Il se trouve que ce rayon est celui d'une orbite géostationnaire (R~36000 km). Ainsi, avec une vitesse de rotation de celle de la terre, toute masse au delà de 36000 km cherche à fuir la terre, tandis qu'en dessous de 36000 km, tout corps tournant à la même vitesse tombe vers la terre.
Il est donc théoriquement envisageable d'utiliser ces deux effets opposés pour tendre un câble depuis la terre : c'est le principe de l'ascenseur spatial : 36000 km de câble qui tombent, suivi de 36000 km de câble qui fuient pour avoir 72000 km de cable en équilibre parfait (on aurait alors un centre de masse pile en orbite géostationnaire).
Le problème le plus important (outre les effets de marée) est d'une part d'avoir un cable homogéne assez long (on pourrait presque faire 2x le tour de la terre avec), et d'autre part qu'il soit assez résistant, notamment en son centre, où il aurait à subir un force d'élongation somme de 36000 km de poids d'un coté (gravité) et de 36000 km de fuite inertielle (centrifuge) de l'autre… et là on sait pas encore faire, même si les nanotubes de C, ou d'autres nanostructures apparaissent sympathiques.
L'avantage de ce cable est sans appel : un cout de mise en orbite ridicule, voie ouverte à la colonisation spatiale, et donc à l'exploitation de nouvelles ressources (pour l'humanité entière espérons le…).
En tout cas, voilà le principe de l'ascenseur, dont la moitié ‘tombe’, tandis que l'autre moitié ‘monte’.
Pour info, il s'agit d'un exercice de première année universitaire / classe préparatoire scientifique, et on en trouve résolution dans tous les bons livres de DEUG SM/PC et CPGE PSI/PC/MSI/MP/PT.
Pour les nanotubes, on peut espérer trouver quelques éclaircissements dans des livres de physique du solide ou mécanique du solide. Le niveau est plus élevé, variant de Master 1 P/PC pour l'introduction, à des thèses de doctorat, peut être aussi de licences professionnelles en génie des matériaux.
On montre notamment que le poids induit par une masse remontant le cable est completement négligeable par rapport au poids subit par le cable…
De Un vieux
retraité | 10H42 | 05/02/2009 |
Le vieux mythe de la tour de Babel… Et pendant ce temps-là, sur Terre, c'est la crise…
Pour faire les recherches, ne pourrait-ils pas expérimenter les nouvelles technologies pour aider les humains, au lieu de satisfaire leurs égos en concourant à celui qui pisse le plus haut et le plus loin…
à Un vieux
De Tyrian
Informaticien | 11H14 | 05/02/2009 |
C'est justement quelque chose qui pourrait nous amener beaucoup de choses, dont l'exploration spatiale à une échelle jamais atteinte, donc l'accès à de nouvelle ressources, voir l'accès à de nouveaux habitats, pour limiter le surpeuplement.
Mais cela reste pour l'instant très hypothétique et assez délirant. Mais les gains si jamais on y arrive…
à Un vieux
De Gilles31
Mec | 12H19 | 05/02/2009 |
Trop Vieux
Le rêve fait partie de l'aventure humaine et ceux qui se sont concrétisés après des décennies ou des siècles de rêveries ont beaucoup apporté à l'humanité. Qui croyait en 1960 que la Lune était à deux doigts ?
De ce que je sais, pour l'instant aucun obstacle n'apparait infranchissable…seule la technologie manque et les retombées pourraient être extraordinaires pour l'exploration spatiale
De hagalma
10H54 | 05/02/2009 |
Et pour l'ascenseur social, après le passage des banquiers à l'Assemblée Nationale, c'est même pas pour après-demain…
à hagalma
De geff
11H04 | 05/02/2009 |
Je n'ai pas compris comment le fil est censé être maintenu en altitude
à geff
De Tyrian
Informaticien | 11H16 | 05/02/2009 |
On aura une station spatiale à l'autre bout. Ils pensent jouer probablement sur les forces gravitationnelle + celles liées à la rotation pour maintenir tout ça, je suppose. Un équilibre qui me parait précaire.
à Tyrian
De Ryuu
Informaticien parisien | 11H35 | 05/02/2009 |
Les satellites géostationnaires restent en place des décennies avec seulement des ajustements mineurs à quelques années d'intervalle. Ca ne parait donc pas si absurde que ça. Par contre, mettre en place un bazar pareil…
PS : Quelques articles en dessous de celui-ci, il y a « Jérusalem, ville suspendue entre début et fin du monde ». Dans le manga Gunnm (disponible dans tout bon rayon BD, mais c'est pas récent), il y a un ascenceur orbital, avec une ville a chaque bout. Ces villes ayant pour nom Jéru et Salem. Jeru et Salem sont donc deux villes suspendu entre le début et la fin du monde, dans ce manga.
C'était la minute « culture BD dont on se fiche mais qui me permet d'étaler ma culture quand même »
à Tyrian
De Strelok
Humain | 12H14 | 05/02/2009 |
C'est tout simple : en dessous de l'altitude géostationnaire, l'attraction de la terre est plus forte que la force centrifuge. En dessus, la force centrifuge est plus grande. Donc en mettant du cable d'un coté, et du cable de l'autre, on équilibre, et le cable se tend tout seul, magique : -)
à Strelok
De hi-gore
lotus | 15H57 | 06/02/2009 |
enoooorme BD, ou plutot manga, a conseiller a tout les mangaphobes… (dont moi), tres fines avec des points de vues tres interessant sur certaines visions sociales, politiques et technologiques
beaucoup de jeu de situation mirroir… enfin bref… a lire !
[edit eratum : … je voulais repondre a Ryu un commentaire au dessus qui parlais de l'exemple d'ascensseur spatial dans GUNMM… tres bonne BD, ou plutot…]
à Strelok
De Compte supprimé le 21 janvier 2
10H12 | 07/02/2009 |
Ben non, c'est le contraire. Un câble qui relie la Terre à un satellite géostationnaire ne serait pas tendu du tout, puisque le satellite est en équilibre(*). A la moindre tension sur le câble, on le fait redescendre. Il n'est alors plus géostationnaire, et on obtient une gigantesque bobine de câble autour de la Terre… Et de toute façon, quelle que soit l'altitude, sur une orbite stabilisée, les forces centrifuges et gravitationnelles s'équilibrent. Par exemple, à l'altitude de 800km (SPOT), l'accroissement de la gravité est compensée par une vitesse angulaire très supérieure à 360°/jour (définition du géostationnaire). Résultat : SPOT fait plusieurs tours/jour autour de la Terre.
(*) : on suppose un câble de masse nulle.
à geff
De Fabien Goubet
(auteur)
Etudiant en journalisme | 11H55 | 05/02/2009 |
Il faut voir cela comme un câble entrainé par deux forces opposées. L'une tire le câble vers le bas, l'autre le tire vers le haut, ce qui le maintient tendu. Pour réussir à le tirer vers le haut il faut évidemment un poids considérable de l'autre côté comme une station spatiale, ou même dans certains projets, un énorme astéroïde.
Concernant la vitesse, il faudra repasser, en effet, les ingénieurs prévoient une vitesse d'environ 400 km/h dans les débuts, ce qui demande environ3 jours pour grimper en orbite géostationnaire. Décourageant pour les touristes clostrophobes, mais attirant pour les industriels au vu du coût.
à Fabien Goubet
De Tyrian
Informaticien | 13H09 | 05/02/2009 |
Oui ça j'ai bien compris le principe, mais ça reste un exploit quand même du fait des forces impliquées. Il faudra équilibré la force centrifuge :
- trop faible : la station et le câble retombe sur Terre (ouïe)
- trop forte : le câble ou l'une des attaches se rompt (bon voyage à ceux dans la station ^^'… ça me rappel la vielle série cosmos 1999 ^^').
Et pendant la construction, cela va être très difficile de réussir cet exploit. De plus, cela va compliquer des possibles extension de la station là-haut. En fait on risque d'avoir une station d'attache, et une autre station plus haut en orbite géo-stationnaire, plus classique, qu'on rejoindra en navette depuis la station d'attache.
à Fabien Goubet
De DBL8
Retraité | 09H34 | 06/02/2009 |
Pas simplement pour les clostros, mais pendant ce temps-là, il faut manger, et faire ses besoins !
Donc… cabine équipés de WC et cuisine.
ce n'est plus une cabine d'ascenseur, mais un studio qu'il envoi en l'air, car il faudra aussi dormir. (3 jours pour arriver)
Autant y aller avec une copine.
à geff
De mioumiou
17H20 | 05/02/2009 |
Pour faire simple c'est l'effet gravitationnel combiné à l'effet de la force centrifuge provoquée par la rotation de la terre qui provoque cela.
Exemple : prenez une chaîne métallique par exemple, vous la faites tourner (autour de votre main donc qui représente la terre), la chaîne se tend et se maintien droite.
De Koen
curieux | 11H23 | 05/02/2009 |
Une farce.
Même avec un TGV (300 km/h), il faudra 5 jours pour faire l'aller, et idem pour le retour.
Sans oublier un « pit-stop » au milieu pour la révision des 20000km
à Koen
De Gilles31
Mec | 12H25 | 05/02/2009 |
Et alors ?
Pour mettre en orbite des charges, 30 mn ou 5 jours, c'est du pareil au même…et comme c'est 5000 fois moins cher….
De plus, se sera idéal pour assembler un vaisseau balaise partant vers d'autres planètes, car de la Terre envoyer une telle masse dans l'espace est par contre inenvisageable pour l'instant (et le siècle à venir)
Et les touristes se battront tout de même et financeront le projet, quelquesoit la durée d'ascension (moins risqué que de monter dans une « bombe » qui vous expulse dans l'espace.
à Koen
De zorrino
| 14H32 | 05/02/2009 |
La plupart des satellites circulent sur des orbites bien plus petites que la géostationaire, de 500 à 10'000 km.
à zorrino
De jmal
15H54 | 05/02/2009 |
Sauf les fameux satellites géostationnaires (télécom, météo, observation etc …) Qui sont eux, par obligation, à 36 000 km !
Et cela ferait un point de départ extraordinaire pour aller plus loin.
à Koen
De zorrino
| 14H33 | 05/02/2009 |
La plupart des satellites circulent sur des orbites bien plus petites que la géostationaire, de 500 à 10'000 km.
sources :
http://www.futura-sciences.com/fr/definition/t/univers-1/d/orbite-leo_24…
http://www.futura-sciences.com/fr/definition/t/univers-1/d/orbite-meo_24…
De Pierrrrre
12H42 | 05/02/2009 |
…pfff… rien que pour pouvoir appuyer sur le bouton de l'étage,
faudrait déja prendre un ascenceur….
De jojo1er
casseroles.odebi.org | 13H40 | 05/02/2009 |
En tout cas ça mobilise beaucoup plus de moyens que l'ascenseur social…
Jojo1er, …déjà sorti.
De déluge
menuisier | 14H32 | 05/02/2009 |
Je sais les technophiles vont me tomber sur le rable, mais à l'heure où notre maison brule comme disait un estimable président (tout du moins en regard de celui qui a posé ses fesses sur le fauteuil), il y a plus urgent que de tenter les sauts de puces au bout d'un cable.
En 69, j'étais devant la tv à regarder Armstrong, dans les cours de récré, les bistrots et les journeaux c'était l'enthousiasme, un nouveau monde s'ouvrait.
Et puis ?
Rien, de la télécommunication, des réseaux mondiaux de transmission de programmes décervelants, le flicage planétaire organisé, les sattelites de surveillance et peut être la « guerre des étoiles ».
Alors franchement, dépensons les ressources de la planète à la rendre plus vivable, éradiquons la faim et donnons à chaque être humain la même espérance de vie et un cadre où ils puissent tous jouir d'une bonne éducation, et après, mais seulement après on laisse les savants faire mumuse avec leurs gadgets inutiles.
Vous pouvez y aller, je ne suis déja plus là (magie de la translation immédiate par rupture du faisceau virtuel).
à déluge
De Tyrian
Informaticien | 15H20 | 05/02/2009 |
Ca c'est une vision à court terme. Qui néglige le fait qu'on ne peut pas offrir ce que tu demandes à l'ensemble de la population même si on y consacrait les quelques ressources que demande cet ascenseur. Par contre, si on arrive à le fabriquer, c'est un nouvel espoir en terme de ressources. Il est idiot et facile de toujours se concentrer sur les utilisations négatives d'un progrès et de zapper ce qui est positif. Surtout quand en prime on se permet de fuir le débat. Et après ça se plaint des programmes décervelant…
à déluge
De Keldan
Polytoxicomane à temps partiel | 15H29 | 05/02/2009 |
Aller poser un pied sur la Lune, c'est comme aller l'Everest, écrire Roméo et Juliette ou Pittsburgh qui bat les Cardinals, ça ne sert à rien d'autre qu'à se divertir et à le faire parce qu'on peut le faire.
L'ascenseur spatial c'est utile pour l'accès à l'espace et tout ce qui en découle dans les domaines industriels, militaires et scientifiques.
L'aventure d'Armstrong qui débarque sur la Lune sans aucun lendemain, c'est un peu comme Amundsen qui atteint le Pôle Sud sans que jamais personne d'autre n'y aille pour étudier cette partie du monde. Ou alors découvrir le principe de la vaccination sans jamais pratiquer un seul vaccin.
Et dans ta liste de choses qui ont été permise par les débuts de la conquête spatiale, tu oublies de citer la mise en orbite de puissants télescopes qui nous permettent de mieux comprendre l'Univers, de système de télécommunication pour que l'information puisse atteindre et partir des zones les plus reculées, des systèmes d'observations pour étudier la Terre et détecter ses problèmes ou du maillage de localisation au sol avec un précision au mètre afin que des millions de biens et de personnes puissent circuler aisément.
C'est sûr que si on s'était limité à envoyer une boule de métal faisant « bip bip », ça n'aurait servi à rien.
à Keldan
De Jean-Jacques Louis
22H03 | 05/02/2009 |
En fait, beaucoup d'objets de notre vie courante (PC, stylo à bille qui ne coule pas, matériaux ultralégers, plusieurs fibres synthétiques, …) doivent leur existence au programme Apollo des années 60. Certes, Apollo n'était pas rentable à court terme mais les retombées furent énormes et cela représente des milliards d'heure.homme prestées dans tout le monde industrialisé. Sans Apollo, la crise que nous connaissons aurait eu lieu trente ans plus tôt.
à Jean-Jacques Louis
De Hippopotable
Honnête homme | 22H51 | 05/02/2009 |
30 ans plus tôt, c'était en 1943 ! Le projet Apollo c'est 1962-1972, soit juste avant la crise. En 72, l'abandon du projet a mis des centaines de milliers de personnes au chômage, bravo le projet pérenne !
On nous ressert souvent cet argument des « retombées économiques et technologiques » pour justifier les dépenses militaires. Je ne nie pas l'impact économique et technologique dans les deux cas, mais les mêmes quantité d'argent public dépensées pour des projets plus utiles auraient également eu des retombées. Si à la place d'Apollo on avait mis ces moyens sur le développement d'énergies propres et renouvelables, on aurait peut être 20 ans d'avance dans ce domaine.
Reste qu'Apollo est un truc dingue, qui fait infiniment plus rêver que tout projet spatial passé ou à venir depuis.