Ascenseur spatial

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

Diagramme d'un ascenseur spatial
Diagramme d'un ascenseur spatial

L'ascenseur spatial est un projet d'ascenseur entre la Terre (ou tout autre astre en rotation) et l'espace. Il devrait permettre de placer des charges en orbite en se passant de fusée. De nombreuses contraintes technologiques rendent encore aujourd'hui sa conception impossible (du moins pour la Terre).

Sommaire

[modifier] Histoire

[modifier] Naissance du concept

Si le concept de l'ascenseur spatial a été inventé par Constantin Tsiolkovski en 1885 et relancé par Iouri Artsoutanov en 1960 [1], il n'a été présenté qu'en 1978 au grand public par Arthur C. Clarke, dans son roman de science-fiction Les Fontaines du Paradis. Il est aussi appelé tour orbitale (orbital tower en anglais).

Clarke décrit la construction, à partir d'une station spatiale, d'une gigantesque tour destinée à constituer un lien fixe entre la surface terrestre et un contre-poids en orbite géostationnaire. L'équilibre de l'ensemble est assuré en permanence, par la construction d'un autre élément de tour dans la direction opposée. Au total, c'est une sorte de fronde de 72 000 kilomètres de long qu'il faut réaliser.

Comme souvent, Clarke s'est inspiré de travaux scientifiques réels, en particulier ceux du soviétique Iouri Artsoutanov en 1957 et ceux que quatre américains (John D. Isaacs, Hugh Bradner, George E. Backus du Scripps Institution of Oceanography, et Allyn C. Vine du Wood's Hole Oceanography Institute) ont publié le 11 février 1966, dans la revue Science (Satellite elongation into a true « Sky Hook »). L'idée est en fait beaucoup plus ancienne, puisque les premières réflexions sur le sujet sont dues à Constantin Tsiolkovski en 1885, mais celui-ci avait envisagé d'élever sa tour depuis le sol, comme une énorme Tour Eiffel.

En 1975 un autre américain, Jerome Pearson, propose d'adopter une structure en forme de long ruban, dont une extrémité jouerait elle-même le rôle de contre-poids. C'est devenu un projet de 144 000 kilomètres (38 % de la distance Terre - Lune) mais il n'est plus nécessaire d'arrimer aussi solidement la base terrestre de l'ouvrage (dans le roman de Clarke, la base de la tour est ancrée de plusieurs kilomètres dans le sous-sol).

[modifier] Équilibre du système

Le système est en équilibre car la moitié du câble se situe au dessus de l'orbite géostationnaire (environ 36 000 km de la surface terrestre) alors que l'autre moitié se trouve en dessous. Ainsi la moitié inférieure "tire" l'ensemble vers le bas à cause du poids du câble alors que la partie supérieure "tire" vers le haut ce qui crée une tension. L'extrémité du câble qui se situe dans l'espace n'est donc pas en orbite autour de la terre proprement dit, car sa vitesse réelle est beaucoup plus élevée que le serait sa vitesse orbitale. En fait si le câble était coupé il s'éjecterait dans l'espace à cause de la force centrifuge.

La remontée ou descente d'une cabine n'affecte pas l'équilibre du système étant donné le poids total du câble et la tension très élevée de celui-ci, tellement tendu qu'il serait aussi rigide qu'un mur.

Il est possible également de raccourcir la longueur du câble en ajoutant un contre-poids au bout du câble dans l'espace (qui pourrait être constitué du lanceur qui a lancé initialement le câble)

Il faut bien imaginer la nature titanesque du projet, la longueur d'un câble de 72 000 km, correspondrait à six fois le diamètre de la Terre, et au quart de la distance Terre-Lune.

[modifier] Arrivée des nanotubes

Concept de la NASA
Concept de la NASA

Pendant longtemps, l'idée a paru utopique, puisqu'il n'existait pas de matériau suffisamment résistant. Mais l'apparition des nanotubes, utilisant notamment les fullerènes, lui a redonné un certain crédit. Ainsi l'Agence spatiale européenne (ESA) et la NASA s'y intéressent désormais sérieusement. L'ascenseur spatial pourrait prendre la forme d'un long câble sur lequel circuleraient des navettes.

Brad Edwards, de la fondation californienne Eureka Scientific décrit en détail une méthode possible de construction d'un tel ascenseur (voir lien externe) :

  • Tout d'abord, on lance un engin spatial en orbite géostationnaire.
  • Puis celui-ci envoie vers la Terre un mince ruban (1 micromètre d'épaisseur) présentant des caractéristiques mécaniques ad hoc (résistant et léger). Au fur et à mesure que le câble descend, le véhicule s'écarte de la Terre pour maintenir l'équilibre. Il atteint ainsi une distance de 72 000 km.
  • Une fois le premier câble amarré au sol, on s'en sert pour en mettre en place d'autres et constituer le câble définitif.

L'intérêt potentiel d'un tel système réside dans son faible coût de fonctionnement. Dans certains concepts, l'énergie de freinage d'une cabine descendante peut même être récupérée pour propulser une cabine montante. Son inconvénient principal est sa vulnérabilité aux météorites, aux débris spatiaux, aux engins aériens ou même aux catastrophes naturelles.

On compare ce concept à un autre ruban métallique qui semblait impossible il y a deux siècles, le chemin de fer.

Des calculs ont été effectués, et ont démontré que le câble de nanotubes en question devrait mesurer environ un mètre de large, être aussi mince qu'une feuille de papier, et être apte à supporter une pression d'environ 63 GPa, c'est-à-dire une pression équivalente à une joute de "souc à la corde" opposant 100 000 personnes de chaque côté [2].

Nicola Pugno de l'École polytechnique de Turin fait cependant remarquer que les assemblages de nanotubes de carbone sur lesquels reposaient tous les espoirs ne seraient pas assez solides [3]. Dans un article du Journal of Physics : Condensed Matter [4], il ajoute que, même dans le cas où l’ascenseur spatial pourrait être déployé, les micrométéorites et l’érosion par l’oxygène ne manqueraient pas de l’affaiblir.

[modifier] Faisabilité

Initialement au stade de fantasme de science fiction, les récentes études sur les nanotubes ainsi que l'étude de faisabilité de la NASA rendent de plus en plus crédible la réalisation à terme d'un tel système. En effet, les processus de fabrication de nanotubes en grande quantité commencent à voir le jour, et la résistance des matériaux constitués de nanotubes devient de plus en plus grande. Mais il reste aussi à résoudre le problème des collisions avec les satellites actuellement en orbite.

[modifier] Concours

La NASA organise un concours ayant pour objectifs la conception d'un câble en nanotubes, le Tether Challenge. Ce concours offre cette année un prix d'un million de dollars à l'équipe qui proposera le câble en nanotube le plus résistant, pourvu qu'il soit au moins deux fois meilleur que le meilleur câble sur le marché. [5]

[modifier] Fiction

Le concept d'ascenseur spatial apparaît dans un certain nombre d'œuvres de fiction :

[modifier] Références

  1. ↑ (en) Nasa hopes to catch an elevator to space, sur le site de The Guardian
  2. ↑ Christophe Olry, Futura-Sciences, « Ascenseur spatial : un rêve qui manque de solidité... ». Consulté le 4 juin 2008
  3. ↑ (fr) Ascenseur spatial : un rêve qui manque de solidité...
  4. ↑ (en) On the strength of the carbon nanotube-based space elevator cable: from nanomechanics to megamechanics [pdf]
  5. ↑ (en) The Spaceward Foundation, « 2008 Tether Strength Competition ». Consulté le 15 juin 2008

[modifier] Liens externes