L'ascenseur spatial a du mal à prendre son envol
’Lift Off’ (Rodefeld/Flickr).
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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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.
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