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L’antimatière pourrait ouvrir la voie à un avenir radicalement nouveau pour les voyages interstellaires

Le voyage interstellaire n’a été réalisé par l’humanité que dans la science-fiction, à l’instar de l’USS Enterprise de Star Trek, qui utilisait des moteurs à antimatière pour voyager à travers les systèmes stellaires.

Mais l’antimatière n’est pas qu’un thème de science-fiction. L’antimatière existe réellement.

Elon Musk a qualifié la puissance de l’antimatière de « billet pour les voyages interstellaires », et des physiciens comme Ryan Weed étudient les moyens de l’exploiter.

L’antimatière est constituée de particules presque identiques à la matière ordinaire, mais dont la charge électrique est opposée. Cela signifie que lorsque l’antimatière entre en contact avec la matière ordinaire, les deux s’annihilent et peuvent produire d’énormes quantités d’énergie.

« L’annihilation de l’antimatière et de la matière convertit directement la masse en énergie », a déclaré à Business Insider M. Weed, cofondateur et PDG de Positron Dynamics, une entreprise qui travaille à la mise au point d’un système de propulsion à antimatière.

Un seul gramme d’antimatière pourrait générer une explosion équivalente à une bombe nucléaire. C’est ce type d’énergie qui, selon certains, pourrait nous permettre d’aller là où personne n’est encore allé, à une vitesse record.

Voyager dans l’espace à une vitesse record
L’avantage de toute cette énergie est qu’elle peut être utilisée pour accélérer ou décélérer des engins spatiaux à des vitesses vertigineuses.

Prenons l’exemple d’un voyage vers notre système stellaire le plus proche, Proxima, situé à environ 4,2 années-lumière.

Un moteur à antimatière pourrait théoriquement accélérer un vaisseau spatial à 1g (9,8 mètres par seconde au carré) et nous amener à Proxima en seulement cinq ans, a déclaré Weed en 2016. C’est 8 000 fois plus rapide que Voyager 1 – l’un des engins spatiaux les plus rapides de l’histoire – pour parcourir environ la moitié de la distance, selon la NASA.

Même au sein de notre propre système solaire, un vaisseau spatial alimenté par de l’antimatière pourrait atteindre Pluton en 3,5 semaines, alors que la sonde New Horizons de la NASA a mis 9,5 ans pour y parvenir, a déclaré M. Weed.

Pourquoi nous n’avons pas de moteurs à antimatière ?
La raison pour laquelle nous ne disposons pas de moteurs à antimatière, malgré leurs énormes capacités, est une question de coût et non de technologie.

Gerald Jackson, physicien spécialiste des accélérateurs qui a travaillé sur des projets relatifs à l’antimatière au Fermilab, a déclaré à Forbes en 2016 qu’avec un financement suffisant, nous pourrions disposer d’un prototype de vaisseau spatial à antimatière en l’espace d’une décennie.

La technologie de base existe. Les physiciens équipés des accélérateurs de particules les plus puissants au monde ont fabriqué des antiprotons et des atomes d’antihydrogène.

Le problème est que la fabrication de ce type d’antimatière est incroyablement coûteuse. Elle est considérée comme la substance la plus chère sur Terre. M. Jackson nous a donné une idée du coût de construction et d’entretien d’une machine à antimatière.

M. Jackson est le fondateur, le président et le directeur général de Hbar Technologies, qui travaille sur un concept de voile spatiale à antimatière pour décélérer les engins spatiaux voyageant de 1 à 10 % de la vitesse de la lumière – un concept utile pour se mettre en orbite autour d’une étoile, d’une planète ou d’une lune lointaine que l’on souhaite étudier.

M. Jackson a indiqué qu’il avait conçu un collisionneur de protons asymétrique qui pourrait produire 20 grammes d’antimatière par an.

« Pour un colis scientifique de 10 kilogrammes voyageant à 2 % de la vitesse de la lumière, 35 grammes d’antimatière sont nécessaires pour décélérer le vaisseau spatial et l’injecter en orbite autour de Proxima du Centaure », a déclaré M. Jackson à BI.

Il a ajouté qu’il faudrait 8 milliards de dollars pour construire une centrale solaire capable de répondre aux énormes besoins énergétiques de la production d’antimatière et que son exploitation coûterait 670 millions de dollars par an.

L’idée n’est que cela, pour l’instant. « Il n’y a actuellement aucun financement sérieux pour les concepts avancés de propulsion spatiale », a déclaré M. Jackson.

Il existe cependant d’autres moyens de produire de l’antimatière. C’est sur ce point que Weed a concentré ses travaux.

Le concept de Weed implique des positrons, la version antimatière d’un électron.

Un moteur à antimatière d’un genre différent
Les positrons « sont plusieurs milliers de fois plus légers que les antiprotons et n’ont pas la même force de frappe lorsqu’ils s’annihilent », explique M. Weed.

L’avantage, cependant, est qu’ils se produisent naturellement et n’ont pas besoin d’un accélérateur géant et de milliards de dollars pour être produits.

Le système de propulsion antimatière de Weed est conçu pour utiliser le krypton-79, une forme de l’élément krypton qui émet naturellement des positrons.

Le moteur recueillerait d’abord les positrons à haute énergie du krypton-79 et les dirigerait ensuite vers une couche de matière ordinaire, produisant ainsi de l’énergie d’annihilation. Cette énergie déclencherait alors une puissante réaction de fusion pour générer la poussée du vaisseau spatial.

Bien que les positrons soient moins coûteux à obtenir que des formes plus puissantes d’antimatière, ils sont difficiles à exploiter parce qu’ils sont très énergétiques et doivent être ralentis, ou « modérés ». La construction d’un prototype à tester dans l’espace est donc encore hors de portée, en termes de coûts, a déclaré M. Weed.

Il en va de même pour tous les concepts de propulsion à l’antimatière. Au fil des décennies, les scientifiques ont proposé des dizaines de concepts, dont aucun n’a abouti.

Par exemple, en 1953, le physicien autrichien Eugen Sänger a proposé une « fusée à photons » qui fonctionnerait grâce à l’énergie d’annihilation des positrons. Et depuis les années 80, on parle de moteurs thermiques à antimatière, qui utiliseraient l’antimatière pour chauffer un liquide, un gaz ou un plasma afin de fournir une poussée.

Ce n’est pas de la science-fiction, mais nous ne le verrons pas voler tant qu’il n’y aura pas de « mission-pull » significative », a déclaré M. Weed à propos de son concept de moteur.

Peut-il fonctionner ?
Pour construire le concept de Weed à l’échelle d’un vaisseau spatial, « le diable est dans les détails techniques », a déclaré à BI Paul M. Sutter, astrophysicien et animateur du podcast « Ask a Spaceman ».

« Nous parlons d’un appareil qui exploite des quantités d’énergie vraiment énormes, nécessitant un équilibre et un contrôle parfaits », a déclaré M. Sutter.

En général, cette énergie énorme est un autre obstacle qui nous empêche de révolutionner les voyages dans l’espace. En effet, lors des essais, « si quelque chose ne va pas, ce sont de grosses explosions », a déclaré à BI Steve Howe, un physicien qui a travaillé sur des concepts d’antimatière avec la NASA dans les années 90.

« Nous devons donc être en mesure de tester des systèmes à haute densité énergétique dans un endroit qui ne menace pas la biosphère, mais qui nous permette de les développer », a déclaré Howe, qui pense que la lune constituerait une bonne base d’essai. « Et si quelque chose tourne mal, on fait fondre un morceau de la lune », et non de la Terre, a-t-il ajouté.

L’antimatière a tendance à faire naître l’imagination chez tous ceux qui y travaillent. « Mais nous avons besoin d’idées folles mais plausibles pour aller plus loin dans l’espace, cela vaut donc la peine de s’y intéresser », a déclaré M. Sutter.

Weed abonde dans le même sens : « Tant qu’il n’y aura pas de raison impérieuse d’atteindre rapidement la ceinture de Kuiper, la lentille gravitationnelle solaire ou Alpha du Centaure – ou si nous essayons de ramener de gros astéroïdes pour les exploiter -, les progrès resteront lents dans ce domaine ».

Adaptation Terra Projects

Source : https://www.sciencealert.com/

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