12 Avril 2017

[Futur] Ascenseur spatial, voile solaire : les technologies de demain ?

L’imagination des hommes est sans limite. En revanche, le coût d’un lancement de fusée en représente une pour de nombreuses agences spatiales. Pour rester concurrentielles, elles cherchent à innover et travaillent sur de nouveaux concepts de propulsion. L’ascenseur spatial et la voile solaire sont parmi les plus explorés...

ascenseur spatial : un câble géant ultra résistant

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L'ascenseur spatial, un câble gigantesque d'une résistance inédite pour remplacer les fusées. Crédits : NASA.

Pourquoi le câble resterait-il tendu ? Le principe est le même que lorsqu’on tourne sur soi-même avec une masse au bout d’une corde : avec la vitesse, la force centrifuge compensant la gravité, la corde finit par se tendre à l’horizontale. Remplaçons la corde par le câble : c’est la Terre qui tourne, et le câble étant très long, la force centrifuge compense la gravité. La principale difficulté repose dans la solidité du câble. Des forces colossales s’exercent à l’intérieur du câble. Or, nous ne disposons pas actuellement de matériau à la fois léger et capable de tenir ce genre de contraintes. Les nanotubes de carbone pourraient résoudre ce problème mais on ne sait pas encore en fabriquer suffisamment.

Qu'est ce qu'un nanotube de carbone ?

Les nanotubes de carbone, découverts en 1991, forment l'un des 4 états organisés connus du carbone sur Terre, avec le graphite, le diamant et les fullerènes (molécules en forme de ballons de football). Ils sont formés d'une ou plusieurs parois concentriques où les atomes de carbone sont organisés en réseaux d'hexagones. Leurs dimensions vont de quelques microns à quelques dizaines de microns de longueur et leur diamètre est inférieur à quelques nanomètres. Ils sont employés dans diverses applications, principalement pour leurs propriétés mécaniques et électriques.

Et la sécurité dans tout ça ?

Si le câble cassait, une grande partie retomberait sur Terre, faisant beaucoup de dégâts au sol. Compte tenu de la quantité de débris spatiaux en orbite autour de la Terre, aujourd'hui, cette éventualité est à envisager sérieusement. Une collision avec un objet de la taille d'une voiture lancée à 28 000 km/h autour de la Terre (vitesse de l'ISS en orbite) pourrait, en effet, lui être fatale. Pour conclure, l’ascenseur pourrait représenter une bonne alternative au lancement de fusée si on en maîtrisait à la fois la fabrication et les aspects liés à la sécurité.


Ascenseur pour l'espace par CNES

Principe de l'ascenseur spatial. Crédits : CC BY-SA 3.0.

Voile solaire : le trampoline à photons

La voile solaire est une invention belle et inspirante. Certaines ont déjà volé, telle Ikaros, la plus grande voile solaire, japonaise. La voile solaire n’est pas utilisable depuis le sol pour une question de poussée et d’énergie. En effet, arracher un satellite à l’attraction terrestre nécessite une poussée colossale. Dans la voile solaire, cette poussée est produite par les photons qui rebondissent sur une surface réfléchissante très légère.

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Image réelle de la voile solaire Ikaros déployée dans l'espace en 2010. Crédits : JAXA.

Pour un lanceur (ou fusée), la poussée est produite par la combustion de l’hydrogène. Le lanceur Ariane 5 fournit au décollage une poussée de 15 MN (15 meganewton = 15 000 000 newton) pour une  puissance de 17 GW (17 gigawatt  = 17 000 000 000 watt, soit le quart du parc nucléaire français !). La voile japonaise Ikaros faisait près de 200 m2 et fournissait une poussée de moins de 1,5 mN (1,5 millinewton = 0,0015 newton). Une voile carrée de 1 km de côté produirait une force maximale de 9 N (9 newton), inférieure au poids d’un kilo de sucre. Le système dispose donc encore de quelques marges de progrès…  La voile solaire trouvera peut-être des applications pour l’exploration spatiale mais pour quitter le sol terrestre, il faut encore y réfléchir...

Illustration de la voile solaire Ikaros. Crédits : JAXA.


Le décollage d'Ariane 5, une poussée de  15 MN (15 meganewton = 15 000 000 newton) pour une  puissance de 17 GW soit le quart du parc nucléaire français ! Crédits : ESA/CNES/Arianespace - Optique vidéo du CSG.

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