Rudolf Cole
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Dans le film de science-fiction chinois The Wandering Earth, récemment sorti sur Netflix, l'humanité tente de changer l'orbite de la Terre à l'aide d'énormes propulseurs afin d'échapper au soleil en expansion - et d'éviter une collision avec Jupiter.
Le scénario pourrait un jour se réaliser. Dans cinq milliards d'années, le soleil sera à court de carburant et se développera, engloutissant très probablement la Terre. Une menace plus immédiate est l'apocalypse du réchauffement climatique. Déplacer la Terre sur une orbite plus large pourrait être une solution - et c'est possible en théorie.
Mais comment y parvenir et quels sont les défis techniques? Pour les besoins de l'argumentation, supposons que nous visions à déplacer la Terre de son orbite actuelle vers une orbite 50% plus éloignée du soleil, similaire à Mars..
Nous concevons depuis de nombreuses années des techniques pour déplacer de petits corps - des astéroïdes - de leur orbite, principalement pour protéger notre planète des impacts. Certains sont basés sur une action impulsive et souvent destructrice: une explosion nucléaire à proximité ou à la surface de l'astéroïde, ou un "impacteur cinétique", par exemple un vaisseau spatial entrant en collision avec l'astéroïde à grande vitesse. Ceux-ci ne sont clairement pas applicables à la Terre en raison de leur nature destructrice.
D'autres techniques impliquent plutôt une poussée très douce et continue sur une longue période, fournie par un remorqueur amarré à la surface de l'astéroïde, ou un vaisseau spatial planant à proximité (poussant par gravité ou d'autres méthodes). Mais cela serait impossible pour la Terre car sa masse est énorme par rapport même aux plus gros astéroïdes.
Propulseurs électriques
Nous avons déjà déplacé la Terre de son orbite. Chaque fois qu'une sonde quitte la Terre pour une autre planète, elle transmet une petite impulsion à la Terre dans la direction opposée, semblable au recul d'une arme à feu. Heureusement pour nous - mais malheureusement dans le but de déplacer la Terre - cet effet est incroyablement petit.
Le Falcon Heavy de SpaceX est le lanceur le plus performant aujourd'hui. Nous aurions besoin de 300 milliards de milliards de lancements à pleine capacité pour réaliser le changement d'orbite vers Mars. Le matériau constituant toutes ces fusées équivaudrait à 85% de la Terre, ne laissant que 15% de la Terre en orbite martienne.
Un propulseur électrique est un moyen beaucoup plus efficace d'accélérer la masse - en particulier les entraînements ioniques, qui fonctionnent en tirant un flux de particules chargées qui propulsent le navire vers l'avant. Nous pourrions pointer et tirer un propulseur électrique dans la direction de fuite de l'orbite terrestre.
Le propulseur surdimensionné doit être à 1000 kilomètres au-dessus du niveau de la mer, au-delà de l'atmosphère terrestre, mais toujours solidement attaché à la Terre avec un faisceau rigide, pour transmettre la force de poussée. Avec un faisceau d'ions tiré à 40 kilomètres par seconde dans la bonne direction, il faudrait encore éjecter l'équivalent de 13% de la masse de la Terre en ions pour déplacer les 87% restants.
Naviguer à la lumière
Comme la lumière transporte de l'élan, mais pas de masse, nous pouvons également être en mesure d'alimenter en continu un faisceau lumineux focalisé, tel qu'un laser. La puissance requise serait collectée par le soleil et aucune masse terrestre ne serait consommée. Même en utilisant l'énorme usine laser de 100 GW envisagée par le projet Breakthrough Starshot, qui vise à propulser les engins spatiaux hors du système solaire pour explorer les étoiles voisines, il faudrait encore trois milliards de milliards d'années d'utilisation continue pour réaliser le changement orbital..
Mais la lumière peut également être réfléchie directement du soleil vers la Terre à l'aide d'une voile solaire stationnée à côté de la Terre. Les chercheurs ont montré qu'il faudrait un disque réfléchissant 19 fois plus grand que le diamètre de la Terre pour réaliser le changement orbital sur une échelle de temps d'un milliard d'années..
Billard interplanétaire
Une technique bien connue permettant à deux corps en orbite d'échanger leur élan et de changer leur vitesse consiste à utiliser un passage rapproché ou une fronde gravitationnelle. Ce type de manœuvre a été largement utilisé par les sondes interplanétaires. Par exemple, le vaisseau spatial Rosetta qui a visité la comète 67P en 2014-2016, au cours de son voyage de dix ans vers la comète, est passé deux fois à proximité de la Terre, en 2005 et 2007..
En conséquence, le champ de gravité de la Terre a donné une accélération substantielle à Rosetta, ce qui aurait été irréalisable uniquement en utilisant des propulseurs. Par conséquent, la Terre a reçu une impulsion opposée et égale - bien que cela n'ait eu aucun effet mesurable en raison de la masse de la Terre.
Mais que se passerait-il si nous pouvions effectuer une fronde, en utilisant quelque chose de beaucoup plus massif qu'un vaisseau spatial? Les astéroïdes peuvent certainement être redirigés par la Terre, et bien que l'effet mutuel sur l'orbite de la Terre soit minime, cette action peut être répétée plusieurs fois pour finalement obtenir un changement considérable de l'orbite terrestre..
Certaines régions du système solaire sont denses avec de petits corps tels que des astéroïdes et des comètes, dont la masse de beaucoup d'entre eux est suffisamment petite pour être déplacée avec une technologie réaliste, mais toujours des ordres de grandeur plus grands que ce qui peut être lancé de manière réaliste depuis la Terre..
Avec une conception précise de la trajectoire, il est possible d'exploiter ce que l'on appelle "Δv effet de levier "- un petit corps peut être poussé hors de son orbite et par conséquent osciller au-delà de la Terre, fournissant une impulsion beaucoup plus grande à notre planète. Cela peut sembler excitant, mais il a été estimé que nous aurions besoin d'un million de ces astéroïdes des passes proches, espacées chacune de quelques milliers d'années, pour suivre l'expansion du soleil.
Le verdict
De toutes les options disponibles, l'utilisation de plusieurs lance-pierres astéroïdes semble la plus réalisable à l'heure actuelle. Mais à l'avenir, l'exploitation de la lumière pourrait être la clé - si nous apprenons à construire des structures spatiales géantes ou des réseaux laser super puissants. Ceux-ci pourraient également être utilisés pour l'exploration spatiale.
Mais bien que cela soit théoriquement possible, et pourrait un jour être techniquement faisable, il pourrait en fait être plus facile de déplacer notre espèce vers notre voisin planétaire, Mars, qui pourrait survivre à la destruction du soleil. Nous avons, après tout, déjà atterri et parcouru sa surface plusieurs fois.
Après avoir considéré à quel point il serait difficile de déplacer la Terre, coloniser Mars, la rendre habitable et y déplacer la population de la Terre au fil du temps, pourrait ne pas sembler aussi difficile après tout..
Matteo Ceriotti, Maître de conférences en ingénierie des systèmes spatiaux, Université de Glasgow
Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.