18 Juin 2020

[Vidéo] Le voyage à la vitesse de la lumière | #CPQ04

La vitesse de la lumière c’est 300 000 km/s, de quoi faire le tour de la Terre en une fraction de seconde ou rejoindre Mars en 3-4 min… Aujourd’hui nos sondes spatiales atteignent des vitesses vertigineuses dans l’espace mais on en est encore loin… Alors c’est pour quand le voyage spatial à la vitesse de la lumière ?

Les photons

On a tous en tête cette fameuse scène de Star Wars où Han Solo déclenche le passage en « vitesse-lumière » de son mythique vaisseau, le Faucon Millenium… C'est l'hyperespace !

Mais c’est quoi au juste la vitesse de la lumière ? La vitesse de la lumière correspond à la vitesse de déplacement des minuscules particules sans masses qui composent la lumière : les photons. Après de multiples expériences au fil des siècles, les physiciens se sont accordés pour dire que cette vitesse valait 300 000 km/s, très exactement 299 792 458 m/s. Han Solo échappe donc aux forces de l’Empire à cette vitesse qui représente pas moins d’un milliard de km/h. De quoi prendre quelques g d’accélération au passage…

C'est quoi au juste la vitesse de la lumière ? Crédits : « Star Wars IX - The rise of Skywalker » - Lucasfilm Ltd. 2019.

Comme nous l’avons vu, le photon est une particule sans masse. Ca a son importance. Vous allez voir que si on voulait faire voler à cette vitesse un vaisseau de plusieurs tonnes, ce serait très compliqué…

Albert Einstein énonce au début du 20e siècle sa théorie de la relativité restreinte. Cette théorie nous dit que tout objet qui subit une accélération acquiert de la masse. Autrement dit, en accélérant un objet jusqu'à se rapprocher de la vitesse de la lumière, ce dernier acquière d’après Einstein, une masse infinie . Or, pour qu'un objet accélère, même dans le vide, il faut lui fournir de l'énergie, du carburant, une énergie d'autant plus importante que l'objet est lourd. Et plus l’objet va être lourd, plus il va lui falloir de carburant pour le déplacer et donc plus il va s’alourdir… Bref, c’est pas gagné !

stéphane oriol, expert concepts avancés, cnes

« Avec nos systèmes actuels de propulsion dans l’espace, nos moteurs chimiques : si on voulait rejoindre l’étoile la plus proche de notre Système solaire, Proxima du Centaur, à seulement 1/10 de la vitesse de la lumière, il nous faudrait théoriquement une quantité de carburant plus importante que la masse de l’Univers connu ».

Vous l’aurez compris, voyager à la vitesse de la lumière, c’est impossible ! Il existe quand-même des engins spatiaux qui ont atteint des vitesses incroyables : tenez, Apollo 10, en 1969, signe le record de vitesse avec 3 hommes à bord. Le vaisseau atteint les 11 km/s, 40 000 km/h. C’est 32 fois la vitesse du son. Les 3 astronautes prépareront le 1er pas de Neil Armstrong sur la Lune quelques mois plus tard. Du côté des sondes spatiales, cette fois-ci avec plus personne à bord, la sonde Parker Solar Probe, a atteint en 2020 la vitesse folle de 109 km/s dans sa course vers le Soleil, c’est 400 000 km/h… Plus de 300 fois la vitesse du son ! Cette mission à laquelle nous sommes fiers de participer en France, doit étudier la couronne du Soleil.

« La sonde européenne de la mission Rosetta à laquelle nous avons participé avec le petit atterrisseur Philae en 2015 filait déjà très très vite vers la comète Tchoury, rappelle Stéphane Oriol. Lors de sa 1ere assistance gravitationnelle autour de la Terre en 2009, elle a atteint pratiquement les 40 km/s soit 144 000 km/h. Notre fusée Ariane 5 qui l'avait mise en orbite en 2004 avait d'ailleurs battu son propre record de vitesse avec plus de 10 km/s, 37 476 km/h très exactement. »

Même si la performance est belle, les systèmes de propulsion actuels permettent d’atteindre au mieux 0,03% de la vitesse de la lumière. Certains concepts proposent carrément de la dépasser, mais pour ça, il faut contourner les lois de la physique. On a par exemple le moteur à distorsion qui serait capable de contracter l’espace-temps pour réduire les distances. Il y a aussi les trous de ver, ces tunnels dans l’espace-temps que des engins pourraient emprunter pour se rendre d’un point à l’autre de l'Univers. Mais ça, c'est une autre histoire. On en reparlera à l'occasion !

Pour en savoir plus

Le moteur à distorsion serait capable de contracter l’espace-temps pour réduire les distances… Crédits : CNES.