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La colonisation de l'espace

Le moteur de la fusée Saturn V qui propulsa la capsule Apollo vers la Lune. Ce moteur est exposé au Steven F.Udvar Hazy Center annexé au National Air & Space Museum situé près l'aéroport de Washington-Dulles.

Performances des propulseurs (IV)

Comment fonctionne le moteur d'une fusée ou d'une navette spatiale ? Ce genre de vaissseau pesant extrêment lourd et devant s'extraire de l'attraction terrestre dans une atmosphère dense, il est indispensable de trouver une technologie hybride pouvant à la fois fonctionner dans l'atmosphère et capable de propulser le vaisseau dans le vide.

On pense immédiatement aux réacteurs qui équipent les avions-fusées comme le X-15, le X-43A ou des prototypes de longs-courriers. Mais ils sont inadaptés à un vol de longue durée et leur réservoir sont réduits au stricte nécessaire.

Il faut donc développer une technologie spatiale particulière, ce que toutes les agences ont réussi à maîtriser au bout de quelques années d'essais et d'erreurs.

Les moteurs les plus puissants servent à extraire le vaisseau spatial de l'attraction terrestre. Il s'agit de propulseurs chimiques, à poudre, et ne fonctionnent que quelques minutes, le temps de traverser l'atmosphère. Ils sont ensuites relayés par des moteurs cryogéniques fonctionnant avec de l'hydrogène et de l'oxygène liquide ou de l'hydrazine lorsque le vaisseau atteint l'espace.

L’avantage des moteurs à propulsion chimique est d’avoir un énorme rapport poussée/poids qui est idéal pour arracher une fusée de la surface d’un astre comme la Terre. Malheureusement l’accroissement de la poussée spécifique est limité. Si nous désirons atteindre ne fut-ce que 0.1 % de la vitesse de la lumière (300 km/s) nous devons obtenir une poussée spécifique de 30000 secondes. Actuellement nous sommes au mieux 7 fois en-dessous de cette valeur ! Nous devons donc nous orienter vers d’autres carburants.

Fusée à poudre et hydrazine

Une fusée ou une navette spatiale dont le site francophone Capcom Espace donne des descriptifs détaillés, utilise plusieurs types de carburants et de moteurs en fonction de la phase de vol. Pour s'arracher de la Terre dont l'attraction est relativement forte (9.81 m/s2), la fusée ou la navette doit pouvoir accélérer très rapidement, en d'autres termes disposer d'un maximum de puissance en un minimum de temps et maintenir cette poussée durant quelques minutes, le temps d'atteindre l'exosphère. Mais cela nécessite de stocker le carburant à bord du vaissseau ce qui n'est pas toujours possible. Il y a donc un compromis que les ingénieurs doivent trouver entre d'un côté le poids et le volume d'ergols (carburant et comburant) à embarquer et de l'autre la poussée ou l'impulsion recherchée.

Le moteur de la navette spatiale américaine STS-26. Il mesure près de 2.5 m de hauteur et 5 m de longueur ! Document NASA/KSC.

A l'époque du programme Apollo, le premier étage de la fusée Saturn V (les réacteurs les plus bas dans la fusée) était composé de 5 réacteurs Rocketdyne F-1 (versions SA-501 à SA-503). Comme on le voit ci-dessus, chaque réacteur mesurait près de 3.7 m de diamètre pour 5.8 m de hauteur, pesait 8.4 tonnes à vide et délivrait 6.91 mégaNewtons (1 N=0.981 Kg) de poussée au niveau de la mer pendant 159 s (puis 165 s dans les versions SA-504 et suivants). Ensembles, ils développaient 34.55 mégaNewtons soit près de 34 kt de poussée. Selon les versions de moteurs, l'impulsion spécifique était de 260 s ou 263 s.  Notons que la future fusée Falcon XX Heavy de SpaceX destinée aux missions lunaires ou martiennes devrait être 14 fois plus puissante que la fusée Saturn V !

Par comparaison, chacun des trois moteurs principaux (SSME) de la navette spatiale que l'on voit à gauche développait 1.7 mégaNewtons de poussée au niveau de la mer et avec ses deux propulseurs d'appoint extérieurs (SRB ou Solid Rocket Booster), elle atteignait 5.25 mégaNewtons soit 6 fois moins que la fusée Saturn V. Mais c'était suffisant pour atteindre l'orbite basse.

A l'heure actuelle le meilleur rapport poussée/poids est assuré par les carburants chimiques, c'est-à-dire les fusées à poudre ou SRM (Solid Rocket Motor) dont le carburant est constitué d'un mélange de butadiène, d'acide acrylique, de perchlorate d'ammonium, d'aluminium et de nitrate de potassium. Ce mélange offre une impulsion spécifique de l'ordre de 265 s, ce qui est plus de 2.5 fois supérieur aux performances de la nitroglycérine. Mais ce carburant occupe énormément de place. Avantage, cette "poudre blanche" est capable d'arracher pratiquement n'importe quel vaisseau à l'attraction terrestre. Ce carburant était utilisé dans les deux fusées d'appoint attachées au réservoir principal des navettes américaines et le retrouve dans les fusées traditionnelles.

A l'époque des navettes spatiales, le gros réservoir extérieur contenait de l'hydrogène (LH2) et de l'oxygène liquide (LOX) car ce type d'ergol réduit d'environ mille fois le rapport de masse tout en offrant une vitesse d'éjection presque deux fois supérieur aux carburants chimiques. Cet ergol cryogénique est conduit aux moteurs à raison de 178000 litres d'hydrogène et 64000 litres d'oxygène par minute ! Comme pour la poudre, son inconvénient est sa consommation. A ce taux, au bout de quelques minutes tous les réservoirs extérieurs de la navette étaient vides. Inutiles, ils étaient abandonnés pour gagner du poids et ils retombaient dans l'océan où le tank externe était récupéré puis reconditionné pour un prochain vol.

Propulsée par son impulsion initiale, la navette pouvait quitter l'atmosphère mais elle subissait encore son attraction car elle n'avait pas atteint les 9.81 m/s2 nécessaires pour s'affranchir de la force gravitationnelle terrestre comme en était capable la fusée Saturn V.

Lorsque les réservoirs étaient pratiquement vides et la navette arrivée dans l'espace à près de 28000 km/h (7.8 km/s), les ordinateurs de bord coupaient ses moteurs principaux (les moteurs cryogéniques SSME ou Space Shuttle Main Engines) et enclenchaient les moteurs à hypergols (les OMS localisés dans les deux grosses "bosses" situées près de la dérive verticale arrière et les RCS situés sur les OMS et de chaque côté de l'Orbiter). Ceux-ci fonctionnaient à l'hydrazine, un composant de la famille H2N-NH2, c'est-à-dire du monométhilhydrazine (MMH) ou du diméthilhydrazine asymétrique (UDMH) ou encore un mélange des deux appelé aérozine.

Carburant chimique à poudre ou hypergol liquide, il est facile de voir la différence : l'un fait "un peu" de poussière, le second émet une belle flamme de plasma bleue pâle (hydrogène+oxygène) ou jauneâtre (hydrazine). A gauche du centre, on distingue facilement la différence entre les gaz émis par les fusées à poudre et ceux des moteurs cryogéniques de la navette spatiale. A droite, l'un des trois moteurs cryogéniques de la navette au banc test du National Space Technology Laboratories (le Stennis Space Center) dans le Mississippi et un schéma de son architecture. L'impulsion spécifique de ce moteur est de 450 sec, supérieur à celui de n'importe quelle fusée à poudre. Il a l'air petit mais en fait le cône mesure environ 2 m de diamètre. Documents NASA, SSC et MSFC.

Ce carburant équipait déjà les capsules Apollo, le module lunaire et équipe aujourd'hui les satellites ainsi que les ex-navettes pour assurer les petites corrections orbitales. L'hydrazine utilise comme comburant (oxydant) du tetro et peroxyde d'azote (N2O4). Son principal avantage est sa fiabilité : il brûle (ou plutôt détonne) spontanément dès qu'on l'injecte dans la chambre de combustion.

Techniquement ce type de moteur à hypergol est également plus simple à construire car il ne nécessite pas de chambre pressurisée, pas de turbopompe, ni d'allumeur, etc. En revanche, l'hydrazine est corrosif, toxique et même cancérigène... Si vous avez déjà marché sur le tarmac d'un aéroport vous devez certainement vous rappeler son odeur caractéristique.

La charge utile embarquée à bord d'un vaisseau spatial est dimensionnée par rapport à l'altitude de la mise en orbite. Dans le cas des navettes, le maximum était de 104 % du taux de puissance nominale, sachant que chaque moteur développait une poussée de 1734803 Newtons au niveau de la mer mais durant quelques minutes seulement. Globalement, au décollage la navette spatiale développait une poussée globale de 1360 tonnes dont 2x 1315t durant 2m2s pour les fusées à poudre et 3x 170 tonnes durant 8m30s pour les moteurs cryogéniques à hypergol liquide.

En cas d'urgence les moteurs de la navette étaient capables de fonctionner à pleine puissance, "full power" ou puissance militaire, ce qui signifie dans le jargon de la NASA à 109 % de la puissance nominale !

Full trust !

Les moteurs de la navette en action

Banc d'essai de nuit du moteur de la navette, d'une fusée d'appoint (SRB) filmé de jour et deux films du lancement de la navette en 1995. Document du SSC. (Mpeg de 1.3, 1.2, 1.7 et 1.7 MB).

Les moteurs du futur

La voile solaire

Ce système de propulsion utilise la pression de radiation exercée par le Soleil, en particulier le flux de protons et d'autres particules relativistes sur un grand film métallisé déployé dans l’espace. La voile permettrait d’atteindre quelques kilomètres par seconde et de modifier une trajectoire. Elle ne conviendrait que pour l’approche d’un système planétaire à faible vitesse.

A ce jour, deux projets ont été concrétisés : Ikaros de la JAXA (2010) constitué d'une voile de 173 m2 en polyimide de 7.5 microns d'épaisseur et d'une masse de 15 kg (215 kg pour tout le système) et NanoSail-D2 de la NASA (2011) constitué d'une voile de 10 m2 en CP1 de 7.5 microns d'épaisseur et d'une masse de quelques centaines de grammes (4 kg pour tout le système). La Planetary Society a également proposé la mission LighSail-1 qui est en cours de développement et qui pourrait être lancée en 2017. Il s'agit d'une voile de 32 m2 en mylar d'une masse équivalente à NanoSail-2. Ainsi qu'on le constate, il s'agit encore de projets expérimentaux.

La poussée offerte par la voile solaire varie entre 1.6 milliNewton par kilowatt pour Ikaros et 10 milliNewtons par kilowatt pour une voile de 1200 m2 pesant 32 kg (projet Sunjammer de NASA mais abandonné), soit des valeurs plusieurs dizaines de milliers de fois inférieures aux autres systèmes de propulsions.

Le moteur ionique

Le moteur ionique NEXT (NASA’s Evolutionary Xenon Thruster) développé par le centre Glenn de la NASA.

Aujourd'hui les propulseurs électriques (ioniques)[10] sont 10 fois plus performants que leurs homologues chimiques. Le principe consiste à ioniser un gaz en le chauffant fortement. Les ions sont alors accélérés à grande vitesse puis éjectés du moteur.

Concrètement, une cathode de décharge sous tension émet des électrons qui entrent en collision avec les atomes d'un gaz neutre qui est ionisé. Les ions positifs ou cations sont ensuite accélérés à grande vitesse par un champ magnétique à travers un propulseur ionique à grille. Le faisceau de cations est ensuite de nouveau combiné avec les électrons libérés par un neutraliseur afin de charger le gaz neutre avant que le faisceau d'ions ne soit expulsé dans le vide en générant une poussée. Ce processus est indispensable pour empêcher les cations de créer une force de traînée qui réduirait l'efficacité du propulseur et sa vitesse vers l'avant. Tout ce processus est répété afin de produire la poussée nécessaire à l'engin spatial.

La poussée d'un moteur ionique est inefficace pour arracher un vaisseau spatial à l’attraction planétaire ou le faire atterrir car la force de la gravitation lui oppose une force bien plus importante. A titre de comparaison, la force excercée par un moteur ionique est équivalente à la force d'une feuille de papier posée sur la main; on ne resent aucune force. En revanche, si on transpose cette faible poussée dans l'espace où il n'y a pas de force de gravité (ou négligeable à petite échelle) et la résistance par friction est négligeable, elle produit d'étonnants résultats.

Un moteur ionique convient aux environnements gazeux à faible pression et tire tous ses effets dans le vide. Actuellement, la vitesse engendrée par un moteur ionique permet d'accélérer un engin spatial jusqu'à 320000 km/h soit près de 89 km/s (au début des années 2000, on atteignait 50 km/s). Ce type de moteur équipe actuellement avec succès les nouvelles sondes Deep Space du programme New Millenium de la NASA.

Le moteur ionique NEXT (NASA’s Evolutionary Xenon Thruster) de la NASA est développé depuis le début des années 2000 par le centre Glenn de la NASA. La NASA a choisi le xénon en raison de sa stabilité et son faible risque d'explosion. Ce moteur développe une poussée de 236 Newtons par kilowatt (contre 92 N/kW pour l'ancienne génération NSTAR), soit presque trois fois plus de puissance que NSTAR et atteint une impulsion spécifique de 4100 s, soit 25% supérieure au moteur NSTAR.

En 2013, la NASA annonça que le moteur NEXT avait été testé de manière continue pendant 51000 heures soit près de 6 ans sans défaillir. C'est un moteur économique capable de propulser des sondes spatiales de 500 kg jusqu'aux confins du système solaire. Le moteur NEXT pourrait être utilisé dans le cadre du programme Discovery (vers 2021) d'exploration planétaire ou d'une mission martienne dans le cadre du programme Mars 2022 Orbiter.

A gauche, le moteur ionique NSTAR et à droite, celui qui équipa la sonde DS1 de la NASA. Ce moteur a depuis été remplacé par le moteur NEXT.

Le moteur à plasma

Les propulseurs à plasma offrent une poussée trois fois supérieure à celle des meilleurs pergols mais nécessitent une puissance considérable. De plus, ils demandent deux impulsions : la première vaporise le propergol tandis que la seconde transforme ce gaz en plasma. Sa dilatation brusque provoque un choc en retour qui exerce une force sur le vaisseau. Mais il convient de l’amortir si on veut préserver le bien être de ses occupants.

Le moteur magnéto-plasmique

Un autre projet est le RamJet de Robert Bussard, chercheur au laboratoire scientifique de Los Alamos. Elaboré en 1960, ce projet resta au stade théorique. Il s’agit d’un vaisseau atteignant 500 m de longueur et muni à l’avant d’une immense parabole magnétique pour collecter l'hydrogène interstellaire. Le flux de gaz est ensuite comprimé et dirigé vers un réaction à fusion qui l’éjecte à grandes vitesses. Voici un article en anglais (PDF) décrivant ce réacteur catalytique.

Bussard calcula qu’un vaisseau d’une masse de 1000 tonnes, rencontrant une densité de protons de l’ordre de 109/m3 et utilisant un moteur à fusion 100 % efficace, pourrait accélérer presque indéfiniment à 1 g. D’une vitesse initiale de l’ordre de quelques dizaines de km/s, le RamJet pourrait approcher la vitesse de la lumière en moins d'une année !

Le moteur magnéto-plasmique est certainement l'une des solutions d'avenir et plus d'une société, y compris l'USAF, travaillent actuellement sur ce type de moteur qui permet d'atteindre des vitesses relativistes.

A lire : Vasimr, moteur magnéto-plasmique à impulsion spécifique variable

Un moteur à plasma fabriqué par Ad Astra Rocket

Le moteur nucléaire

La propulsion nucléaire telle qu’elle est présentée dans le film "Deep Impact" de M.Leder sortit en 1998 remonte à une idée qui germa dans l’esprit de Theodore Taylor durant l’âge d’or du nucléaire, en 1958, alors qu’il travaillait lui aussi à Los Alamos. Freeman Dyson sera son coéquipier ainsi que quelques autres ténors. Baptisé ORION, il s’agissait d’un programme de recherche très sensible qui resta longtemps entre les mains du Département de la Défense américain, puis il fut transféré à l’US Air Force pour finalement revenir à la NASA.

Le projet ORION consistait en un vaisseau spatial de 125 m de longueur à propulsion nucléaire. Des explosions nucléaires répétées de bombes à fission devaient donner une impulsion suffisante au vaisseau pour franchir les espaces interstellaires. Mais le principal problème était le stockage du combustible, l’amortissement des chocs et le risque potentiel qu’encourait l’équipage; une erreur et c’était Hiroshima !

Le projet ORION. Voici une animation préparée par Rhys Taylor et partiellement réalisée avec Terragen. Fichier .MWV de 4.4 MB.

Techniquement parlant ORION devait produire une poussée spécifique de l’ordre de 2 à 6000 secondes avec une évolution possible au fil des générations jusqu’à 20000 secondes. Chaque impulsion nucléaire devait produire une énergie de 0.01 à 10 kT et devait se répéter toutes les 1 à 10 secondes.

Le projet bien que très ambitieux resta marginal. Il coûta 11 millions de dollars (de 1965) et occupa 40 personnes à temps-plein durant 7 ans. Mais il fut abandonné par manque d’intérêt des politiques, de la forte compétition qu’offrait les fusées conventionnelles et surtout par la signature en 1963 du moratoire international qui interdisait les explosion nucléaires dans l’espace pour la sécurité des missions spatiales. Aujourd’hui ORION repose au Musée américain Smithsonian de l’Air et de l’Espace. Selon Taylor, ce projet a vécu : “nous avons beaucoup mieux qu’ORION” disait-il à un journaliste en pensant à la propulsion électrique des sondes Deep Space.

Si l’explosion de bombes dans l’espace est bannie, la fusion contrôlée est une autre solution pour effectuer les approches planétaires à vitesse réduite, en utilisant les propulseurs ioniques puis chimiques. C’est la solution adoptée pour le projet de vaisseau spatial Daedalus imaginé par Alan Bond[11], ingénieur chez Rolls-Royce, et ses collègues de la British Interplanetary Society dans les années 1970. Daedalus est propulsé par de l’hélium-3 qui, par fusion nucléaire, pourrait produire une poussée spécifique de 106 secondes, une énergie nécessaire pour propulser le vaisseau de 54000 tonnes vers l’étoile de Barnard à 12 % de la vitesse de la lumière. Mais le projet ne vit jamais le jour. Seule consolation, en 1988 des ingénieurs et des étudiants du MIT construisirent un petit Daedalus de 35 kg, mais il ne s’envola jamais.

Science ou fiction ?

Parallèlement à la recherche scientifique, les auteurs de science-fiction ont imaginé depuis plus d’un siècle différents moyens de propulsion pour conquérir les étoiles. Voici quelques titres pour meubler vos loisirs :

Auteur

Titre du roman

Moyen de propulsion

Larry Niven

L’Espace connu

moteur à fusion et collecteur d'hydrogène

Gérard Klein

Les Voiliers du Soleil

voile solaire

L.Niven/J.Pournelle

La poussière dans l’oeil de Dieu

voile solaire

Robert Forward

Le Vol de la Libellule

voile solaire

Bernard Werber

Le Papillon des étoiles

voile solaire

Gene Roddenberry

Star Trek

vol hyperluminique

Edmond Hamilton

Les rois des étoiles

vol hyperluminique

Isaac Asimov

Fondation

vol dans l’hyperespace

Clifford Simak

Way station

vol dans l’hyperespace

John W.Campbell

Le plus puissant appareil

vol dans l’hyperespace

Anthony Piers

Macroscope

vol dans l’hyperespace

Anthony Piers

L’atome infini

vol dans l’hyperespace

Murray Leinster

Talents

courbure de l’espace-temps

Jack Williamson

Collision orbit

propulsion à l'antimatière

GeneRoddenberry

Star Trek

propulsion à l'antimatière

Paul Davies

Fireball

propulsion à l'antimatière

Lawrence Manning

La galaxie vivante

propulsion à l’antimatière

Douglas Adams

Le guide du routard galactique

générateur d’improbabilité infinie

Le moteur électromagnétique EmDrive

L'"EM Drive" communément appelé "EmDrive" (ElectroMagnetic Drive) ou propulseur électromagnétique est la dernière invention en date. Elle fut proposée en 2001 par l'ingénieur britannique Roger Shawyer. Longtemps considéré comme un moteur impossible à fabriquer (jeu de mot avec EM), il a depuis quelques années regagné la confiance des experts, notamment des ingénieurs des centres JSC et ARC de la NASA.

Selon Shawyer, l'EmDrive est un moteur capable de produire une poussée sans consommer de carburant. Mais pendant des années les experts n'ont pas été en mesure de confirmer le fonctionnement du dispositif, d'où leur scepticisme et son surnom de propulseur "impossible".

Sur le principe, l'EmDrive génère une poussée en faisant reboudir de l'énergie électromagnétique, en particulier des photons micro-ondes, dans une chambre conique fermée. Le dispositif contient un magnéton, c'est-à-dire un tube à vide transformant l'énergie cinétique en micro-ondes. L'idée n'est pas nouvelle et fut déjà expérimentée durant la Seconde guerre mondiale pour développer le radar et plus récemment pour mettre au point le four à micro-ondes. Cette partie technique est donc bien maîtrisée.

En revanche, le système de propulsion est moins clair. Les micro-ondes de 1937 MHz générées par le magnéton doivent être canalisées dans une cavité résonante conique composée de deux surfaces réflectrices de tailles différentes et muni du côté de la plus petite surface d'un élément diélectrique résonant afin de générer une poussée orientée vers la petite surface de la cavité.

A voir : Roger Shawyer Explaining The Basic Science behind #EmDrive

Full interview: Roger Shawyer, Creator of EmDrive, 2015

A lire : Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum

Article officiel sur l'EM Drive, NASA/ARC, 2016

A gauche, l'une des premières versions de l'EmDrive. Elle est antérieure à celle testée par la NASA . A droite le prototype d'EmDrive testé par la NASA et fixé sur un pendule de torsion. Documents Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) et NASA/ARC.

Le dispositif ne comprend aucune pièce mobile et n'éjecte aucune matière et n'émet aucun rayonnement. C'est justement parce qu'il semble violer la troisième loi de Newton ou Loi du mouvement qui stipule qu'à toute action il y a une réaction : "l'action est toujours égale à la réaction ; c'est-à-dire que les actions de deux corps l'un sur l'autre sont toujours égales et de sens contraires" et ne conserve pas la quantité de mouvement (p = mv) qu'il paraissait suspect. Mais Shawyer a toujours prétendu le contraire.

Sans entrer dans les détails des développements très techniques et hasardeux et toujours en cours, les premiers essais positifs ont été obtenus en 2010 par des chercheurs de l'Université Polytechnique du Nord-Est en Chine puis entre 2013 et 2015 par la NASA suite aux expériences conduites par l'équipe de Harold G. White du centre JSC. D'autres laboratoires ont ensuite pu reproduire l'expérience avec succès mais uniquement à basse poussée et au sol.

Ce n'est pas pour autant que l'EmDrive a converti les sceptiques. En effet, bien que les tests aient été effectués dans un vide poussé, ils ont été mis en oeuvre dans des conditions terrestres qui ne sont pas celles de l'espace où règne un vide absolu à gravité zéro. De plus, il n'existe aucune théorie complète permettant de s'assurer que les résultats sont bien ceux attendus.

En résumé, sans utiliser de carburant, l'EmDrive convertit l'électricité en poussée. Pour l'heure une poussée de 1.2 milliNewtons par kilowatt a bien été détectée, ce qui est de l'ordre des petites voiles solaires mais reste nettement moins efficace que le moteur ionique. Le seul avantage de l'EmDrive est donc l'économie de carburant qui en ferait un système de propulsion efficace pour des missions de longues durées. Selon Shawyer, à pleine puissance, une fusée EmDrive pourrait atteindre Mars en 70 jours. C'est donc une invention qui mérite d'être approfondie. Affaire à suivre.

Performances des différents types de propulsions

Carburant

ΔV = 31 km/s

(R)

Vitesse

d'éjection

Chimique

330700

3 km/s

H2 + O2 liquides

490

5 km/s

Nucléaire

32

9 km/s

Antimatière

4.9

35 km/s

"R" représente la quantité de carburant nécessaire pour chaque tonne du véhicule et de charge utile. Noter que 10 mg d'antimatière produisent autant d'énergie qu'environ 200 tonnes de pergol liquide. A droite, l'AIMSTAR propulsé par de l'antimatière. Document PSU.

Le moteur à antimatière

Pour atteindre une vitesse voisine de celle de la lumière, le vaisseau doit disposer d’une poussée spécifique aussi grande que possible, de l’ordre de 3x107 secondes. La propulsion à l'antimatière permet de l’obtenir en annihilant des micros grains de matière et d’antimatière. Selon le physicien Robert L.Forward[12] qui travailla sur cette idée, près de la moitié de l’énergie d’annihilation pourrait être transférée à la propulsion. Quand on se rappelle l'énergie que peut dégager une bombe atomique par simple fission ou fusion nucléaire, on peut imaginer la puissance de ce type de propulsion.

La réaction produit des rayons gamma qui se déplacent à la vitesse de la lumière. Correctement canalisés par des conduits à supraconducteurs, le vaisseau pourrait ainsi naviguer à travers l’univers à une vitesse voisine de celle de la lumière.

La propulsion à l'antimatière (proton - antiproton)

Le rendement de l'antimatière n'a nul autre pareil... mais ce n'est pas le carburant de demain au regard des difficultés techniques à surmonter.

Seuls désavantages, aujourd’hui la production d’antimatière, des antiprotons par exemple, coûte énormément d’argent - plusieurs milliards de dollars pour un milligramme -, un système de confinement très complexe et beaucoup d’énergie. Avantage, ce type de propulsion produit 1000 fois plus d’énergie que la fission nucléaire et 100 fois plus que les réacteurs à fusion. 10 milligrammes d’antiprotons pourraient ainsi remplacer l’énergie produite par 200 tonnes de carburant liquide (1.8 x1012 J).

Mais nous sommes encore loin du temps où nous pourrons réserver notre ticket dans une boutique de la NASA ou de Virgin Galactic pour un vol à l'antimatière vers Proxima du centaure ou la nébuleuse de la Lagune ! Le dilithium cher à Scotty et les aventures de Star Trek resteront de encore la science-fiction pour longtemps.

Dernier chapitre

Les voyages interstellaires

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[10] La première fusée à ions fut lancée en 1964 par l’engin soviétique Zond II en direction de Mars.

[11] A..R.Martin ed., “Project Daedalus - The Final Report”.

[12] R.L.Forward, “Antimatter Propulsion”, JBIS 35, p391-395, Sept.1982.


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