Les modèles de la science fiction et l'avenir de l'homme dans l'espace
La propulsion :
Laissons de côté les réacteurs dépeints dans la SF qui sont soit de petits réacteurs dans la carlingue du vaisseau spatial, soit d’énormes propulseurs à l’arrière du vaisseau desquels s'échappe une lumière à l'origine floue et de la couleur de votre choix, souvent bleue ! Ces réacteurs ne sont pas réalistes, du moins pour le moment. Il faut donc oublier les films comme Star Wars qui ne sont pas réalistes sur ce point. De plus, dans ce film, aucune information sur le fonctionnement de ces moteurs supraluminiques nous ait donné.
De plus, les distances dans l’espace sont considérables ! Il faut donc réfléchir sérieusement à des méthodes de propulsion efficaces. Actuellement, les fusées échappent à la gravité terrestre grâce à leurs moteurs qui fonctionnent avec un mélange oxygène-hydrogène. Ces moteurs leur permettent d'atteindre une vitesse suffisante pour parcourir de courtes distances comme Terre-Lune au grand maximum. Mais ces moteurs ne sont pas efficaces pour effectuer de longues distances ; ils consommeraient beaucoup trop de carburant et cela reviendrait beaucoup trop cher.
De nouveaux moyens de propulsion voient tout de même le jour comme les premiers propulseurs ioniques qui équipent déjà des sondes et des satellites. Ils représentent actuellement notre meilleure technologie mais comme les moteurs de fusée, leur poussée n'est guère suffisante pour parcourir de longues distances. Il faudrait beaucoup trop de temps !
Il faut donc réfléchir à des moteurs beaucoup plus puissants qui permettraient de se rapprocher un maximum de la célérité.
Le moteur à antimatière :
Le meilleur moyen d'obtenir de l'énergie, en théorie, c'est par le contact matière/antimatière. L'une est l'opposée de l'autre au niveau des charges électriques. A chaque particule élémentaire de matière (électron, proton…) est associée une particule d’antimatière (antiélectron ou positron, antiproton…) qui lui est semblable mais dont la charge est opposée. Par exemple, un atome d’hydrogène est formé d’un proton à charge électrique positive, autour duquel gravite un électron à charge électrique négative, alors qu’un atome d’antihydrogène (antimatière de l'hydrogène) est formé d’un antiproton à charge négative, autour duquel gravite un antiélectron à charge positive, ou plus communément appelé positron.
Représentation d'un atome d'hydrogène et d'un atome d'antihydrogène.
Lorsque la matière et l'antimatière entrent en contact, elles s'annihilent et se convertissent complétement en énergie à 99,9%. Référons-nous à l'équation d'Albert Einstein créée dans le cadre de la relativité restreinte :
E = mc2
« Cette loi dit qu’une particule de masse "m" (en kg) isolée et au repos dans un référentiel possède, du fait de cette masse, une énergie "E" (en J) appelée énergie de masse, de valeur donnée par le produit de "m" par le carré de la vitesse de la lumière "c" (en km.s-1)»
Par Wikipédia.
Cette réaction très énergétique est l'habituelle justification pour obtenir, en théorie, la puissance nécessaire pour garantir des vitesses représentant 70 % de la vitesse de la lumière. Imaginons qu’on annihile par collision 1 tonne d’hydrogène et d’antihydrogène, cela signifierait que :
E = mc2 = 1E6 x ((3E8)x(3E8))= 9E22 Joules
L’énergie dégagée par cette réaction produirait une quantité d’énergie tellement grande que comme dit plus haut, la vitesse de la lumière serait à 70% atteinte, voire plus, si on optimisait ce rendement au maximum. On pourrait s’approcher de très près de la vitesse de la lumière.
Au niveau du fonctionnement, comme dans Avatar, la principale théorie veut que le vaisseau à antimatière soit propulsé par un réacteur à positrons. Des positrons sont dirigés à partir d'une unité de stockage (storage unit) vers une grille d'atténuation (attenuating matrix) où ils interagissent avec la matière et émettent de la chaleur. L'hydrogène liquide circule à travers la grille (attenuating matrix) et capte cette chaleur. L'hydrogène s'écoule alors vers la sortie de la tuyère puis elle s'échappe dans l'espace, en produisant la poussée qui permet au vaisseau de se déplacer.
Représentation d'un moteur à antimatière avec un réacteur à positron
Le moteur à antimatière est donc l'issue qui permettrait à l'espèce humaine de parcourir de longues distances dans l'espace et d'atteindre d'autres planètes ou exoplanètes en allant beaucoup plus vite.
Pour bien montrer que ce moteur écrase radicalement les autres, nous vous proposons les résultats de calculs de la vitesse d'éjection spécifique de différents moteurs spatiaux effectués par des chercheurs.
moteur à propulsion propergol solide: 1 à 4 km/s
moteur de fusée en général: 1 à 6 km/s
moteur à fusion nucléaire: 100 à 1000 km/s
moteur à propulsion par fragment de fission: 15000 km/s
moteur à antimatière: 100000 km/s ou plus