Pour s'installer autour d'une autre étoile que le Soleil, il faut d'abord la rejoindre. Un groupe de physiciens nous explique qu'accélérer un vaisseau à une vitesse suffisante pour arriver vers l'étoile la plus proche de nous en un temps raisonnable demanderait une énergie comparable à celle consommée par l'humanité entière pendant des siècles, voire des millénaires. La perspective d'aller s'installer en orbite d'Alpha du Centaure peut sembler séduisante, mais elle est hors de portée.

Durant le Forum de Davos, Elon Musk a réaffirmé son credo habituel :

« L'objectif final de mes entreprises est de maximiser l'avenir de notre civilisation, c'est-à-dire de maximiser la probabilité que notre civilisation ait un grand avenir et d'étendre la conscience au-delà de la Terre. SpaceX, par exemple, vise à faire progresser la technologie des fusées au point de pouvoir étendre la vie et la conscience au-delà de la Terre, vers la Lune, vers Mars, et finalement vers d'autres systèmes stellaires. »

Selon lui, l'avenir de l'humanité passe par la conquête de l'espace, jusqu'aux étoiles, afin de devenir une civilisation spatiale.

Cette rhétorique, visant à frapper l'imagination - et qui peut paraître séduisante -, repose pourtant sur une confusion profonde entre exploration spatiale, colonisation du système solaire et traversée interstellaire. Or, si les deux premières sont physiquement réalisables (même si elles sont difficiles, se heurtant à d'autres obstacles que ceux de la physique), la troisième relève très probablement de l'impossibilité pratique, sinon fondamentale.

Dans le film Don’t Look Up (2021), d’Adam McKay, les humains arrivent à destination (dans un autre système stellaire) quelque 22 740 ans après leur départ. © MistoGraphy, Adobe Stock

À quelle distance se trouve le prochain système stellaire ?

Le premier obstacle est celui des distances. Le système de trois étoiles appelé Alpha du Centaure, le plus proche du système solaire et comprenant la plus proche étoile, Proxima, se situe à 4,37 années-lumière, soit la bagatelle de 41 000 milliards de kilomètres.

À titre de comparaison, la sonde Voyager 1, lancée en septembre 1977, est l'objet d'origine humaine le plus lointain. Elle est maintenant située à plus de 25 milliards de kilomètres. Elle poursuit son chemin à environ 17 kilomètres par seconde et devrait atteindre une distance de 1 jour-lumière d'ici environ un an. À ce rythme, Voyager 1 atteindrait la distance équivalente à celle qui nous sépare d'Alpha du Centaure en un peu moins de 77 000 ans !

Pour que le voyage d'une hypothétique sonde se fasse en une durée raisonnable, disons comparable à la durée de vie humaine, il faudrait qu'elle se déplace à une vitesse au moins 1 000 fois supérieure à celle atteinte par Voyager 1. Ainsi, si on imagine un vaisseau de 1 000 tonnes (ce qui serait pourtant bien trop petit pour assurer la survie d'un humain durant la totalité du voyage), lancé vers Alpha du Centaure à une vitesse moyenne égale au dixième de celle de la lumière, en tenant compte de phases d'accélération et de décélération, il mettra environ quarante-cinq ans pour atteindre son objectif.

Combien faut-il d’énergie pour accélérer un vaisseau de taille raisonnable ?

À sa vitesse de croisière, sa seule énergie de mouvement (dite énergie cinétique, égale à la moitié du produit de sa masse par le carré de sa vitesse) atteindra 450 exajoules (1 exajoule correspond à 10¹⁸ joules], ce qui est du même ordre de grandeur que la consommation de toute l'humanité en un an (un peu moins de 600 exajoules).

Le second obstacle est donc énergétique. Il faut une énergie considérable pour voyager vite, et les lois de la physique imposent des contraintes drastiques à tout moyen de propulsion.

Prenons un cas d'école, dans le film Avatar (James Cameron, 2009) : le Venture Star est envoyé vers Alpha du Centaure par l'organisation capitaliste qui exploite les ressources minières de Pandora.

Lors de la scène d’arrivée, au début du premier film, une voix anonyme annonce aux passagers en train de se réveiller qu'ils viennent de terminer leur voyage de « cinq ans, neuf mois et vingt-deux jours » (qu'ils ont effectué en « sommeil cryogénique », technique fictive, à ne pas confondre avec la « cryonie », c'est-à-dire la résurrection d'un cadavre congelé, technique tout aussi fictive). Autrement dit le Venture Star a parcouru un peu plus de quatre années-lumière en un peu moins de six ans.

Pour estimer l'énergie nécessaire afin de réaliser ce voyage, examinons le Venture Star de l'extérieur, tel qu'il est montré dans cette même scène.

Le vaisseau ISV Venture Star du film Avatar, réalisé par James Cameron et sorti en 2009. © Avatar

Première impression : le vaisseau est assez différent de ceux que l'on voit dans les films de science-fiction « classique » comme Star Wars ou Star Trek. Il comprend quatre sections clairement identifiables : un énorme bloc de propulsion avec ses réservoirs sphériques à l'avant, prolongé par une poutre en treillis à l'extrémité de laquelle sont accrochés des modules pour la charge utile et l'équipage, un grand bouclier terminant la structure, à l'extrême opposé du moteur... Manifestement, quelqu'un a réfléchi à la forme du Venture Star.

Il se trouve en effet que, pour concevoir ce vaisseau, James Cameron a consulté l'auteur américain Charles Pellegrino, car, au milieu des années 1980, celui-ci avait élaboré, avec le physicien James Powell du Brookhaven National Laboratory, un projet de vaisseau interstellaire nommé Walkyrie. Ce modèle a servi de base à la conception du Venture Star.

Or, une analyse détaillée menée par l’un d’entre nous permet de déterminer le plan de vol du Venture Star : elle montre qu'il ne peut être propulsé que par l'énergie formidable dégagée par l'annihilation entre matière et antimatière. Rappelons que, sur le papier, l'efficacité de conversion de l'antimatière en énergie est bien plus considérable que pour la fusion. Problème : l’antimatière n'existe pas à l'état naturel. Il faut non seulement la produire sous forme d'anti-atome en dépensant pour cela une énergie immense, mais aussi résoudre les difficultés inhérentes au stockage de l'antimatière produite.

Au cours de son voyage vers Alpha du Centaure, le Venture Star atteint une vitesse maximale respectable, égale à 65,8 % de la vitesse de la lumière. L'énergie de propulsion nécessaire à ce voyage est au bas mot 130 000 fois supérieure à l'énergie consommée par l'humanité en une année. Ce qui ne prend même pas en compte l'énergie nécessaire aux passagers...

L’humanité dispose-t-elle de tant d’énergie ?

On peut donc gloser à l'envi sur les techniques de propulsion du futur (fusion nucléaire, antimatière ou voiles poussées par des lasers)... En réalité, atteindre un autre système stellaire, même avec de simples sondes, ne sera possible que lorsque nous disposerons d'une quantité d'énergie très supérieure à celle dont l'humanité dispose aujourd'hui.

En d'autres termes, envisager un voyage interstellaire suppose implicitement que l'humanité dispose d'un surplus énergétique colossal, stable et durable, lui permettant d'en consacrer une fraction significative à ces projets durant plusieurs générations.

Un unique vaisseau consommerait à lui seul une quantité d’énergie comparable à celle consommée par le monde entier pendant des millénaires !

Or, tout indique l'inverse. La décarbonation, l'adaptation climatique, la stabilisation des systèmes agricoles, hydriques et industriels mobilisent déjà - et mobiliseront durablement - l'essentiel des capacités énergétiques et des ressources matérielles. La limitation de ces dernières entraîne l'humanité du XXIᵉ siècle dans une course à la sobriété, subie ou volontaire.

Comme nous venons de le voir, un projet interstellaire exigerait non pas un surplus marginal, mais un changement d'échelle des quantités d'énergie et de matière utilisées. Un unique vaisseau consommerait à lui seul une quantité d'énergie comparable à celle consommée par le monde entier pendant des millénaires !

La conclusion est alors inéluctable : comme il n'existe pas d'énergie magique, le voyage interstellaire rapide avec une masse conséquente est pour l'instant totalement hors de notre portée énergétique.

Dans son roman Aurora, l'auteur américain Kim Stanley Robinson évoque plausiblement les problèmes techniques considérables que pose un voyage interstellaire. Mais il fait aussi de ce voyage un drame politique en explorant les libertés à sacrifier pour rendre envisageable un vaisseau interstellaire, en interrogeant les réactions aux échecs, les limites de l'acceptable, les risques biologiques liés à l'isolement et à l'imprévu.

Sous couvert de science-fiction spatiale, Aurora est aussi une parabole écologique soulignant l'inadaptation fondamentale de l'humain à d'autres planètes et sa vulnérabilité face à une possible vie extraterrestre. C'est aussi la critique d'une génération arrogante qui condamne ses descendants en les projetant vers les étoiles. Aurora est ainsi une œuvre double, à la fois hommage au voyage spatial et réquisitoire contre son usage irréfléchi, recentrant maintenant l'attention sur l'essentiel : le bien-être humain et la préservation de l'habitabilité de notre Planète.

Cet article a bénéficié de discussions avec François Briens (économiste et ingénieur systèmes énergétiques), Carine Douarche (physicienne), Aurélien Ficot (formateur et ingénieur sciences environnementales), Jean-Manuel Traimond (auteur et conférencier).