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Des chercheurs imaginent une voile pour voyager entre les étoiles

Crédits : Masumi Shibata/Breakthrough Initiatives

Dans le cadre de nouvelles études, des chercheurs ont exploré la meilleure façon de concevoir une voile permettant le voyage interstellaire. Ces travaux rapportent qu’une telle structure devrait avoir un motif en forme de grille et être constituée de feuilles ultrafines d’oxyde d’aluminium et de disulfure de molybdène.

Des voiles pour naviguer dans l’espace

Le principe de la voile solaire pour voyager entre les étoiles n’est pas nouveau. Il repose essentiellement sur l’idée que des particules de lumière, appelées photons, frappent la voile réfléchissante, transférant leur élan à la feuille. Au fil du temps, des milliards et des milliards de photons frapperont la voile, donnant alors suffisamment d’élan pour « pousser » une sonde à travers l’espace. Ce moyen de propulsion pourrait nous permettre de parcourir de plus longues distances en un temps plus court tout en économisant de l’énergie.

De telles structures ont déjà été testées par le passé, notamment plus récemment dans le cadre de la mission LightSail 2 développée par la Planetary Society. En 2019, un petit satellite placé à environ 720 km d’altitude avait en effet déployé avec succès sa voile solaire de trente-deux mètres carrés composée de quatre sections en forme de triangle en Mylar aluminisé.

Il y a quelques années, l’agence spatiale japonaise avait également lancé un vaisseau spatial se déplaçant au moyen d’une voile solaire nommée Ikaros. De son côté, la NASA compte libérer une autre de ces structures d’environ 36 mètres carrés dans l’espace dans quelques mois, en collaboration avec la société NanoAvionics.

Dans le cadre de deux nouvelles études publiées dans la revue Nano Letters, des chercheurs ont exploré la meilleure façon de concevoir une voile légère pour permettre un voyage interstellaire.

Toutes deux ont été menées dans le cadre de l’initiative Breakthrough Starshot. Il s’agit d’un projet de recherche et d’ingénierie visant à développer de nouvelles conceptions d’embarcations légères à voile capables de se rendre à Alpha Centauri, notre voisin le plus proche du Système solaire (4,2 années-lumière), en seulement vingt ans. À titre de comparaison, il faudrait au moins 6 300 ans pour atteindre ce système avec la technologie existante.

voile solaire
Représentation d’une voile solaire. Crédits : NASA

Quelle forme, et quels matériaux ?

Starshot diffère cependant des projets de type LightSail 2. Alors que ce dernier ne repose que sur les photons du Soleil, Starshot aurait besoin d’une lumière plus intense pour atteindre les vitesses relativistes permettant d’atteindre Alpha Centauri en un temps record. Pour ce faire, le projet vise à utiliser des lasers terrestres. Ces derniers seraient alors chargés de focaliser leur intense lumière sur les voiles.

Dans la première étude, dirigée par Igor Bargatin, de l’Université de Pennsylvanie, les chercheurs suggèrent qu’une telle voile devrait être constituée de feuilles ultrafines d’oxyde d’aluminium, un composé chimique, et de disulfure de molybdène, un métal de transition noir argenté. L’équipe recommande également que la voile puisse gonfler comme un parachute plutôt que de rester à plat pour éviter les déchirures. « Les photons laser rempliront la voile un peu comme l’air gonfle un ballon de plage« , notent les chercheurs. « C’est un concept relativement facile à saisir. Toutefois, nous devions faire des calculs très complexes pour montrer comment ces matériaux se comporteraient à cette échelle« .

Dans le cadre de la seconde étude, les chercheurs ont exploré les moyens de répartir plus efficacement la chaleur de la lumière provenant des lasers sur Terre. « Si les voiles absorbent ne serait-ce qu’une infime fraction de la lumière laser incidente, elles chaufferont à des températures très élevées« , souligne Aaswath Raman, de l’Université de Californie. « Pour nous assurer qu’ils ne se désintègrent pas, nous devons maximiser leur capacité à évacuer leur chaleur. » Pour éviter ce problème de surchauffe, les chercheurs suggèrent de recouvrir le « tissu » d’une voile légère de minuscules trous régulièrement espacés en forme de grille.