FuturScience

La nouvelle astronomie des ondes gravitationnelles

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Vous ne pouvez pas ne pas en avoir entendu parler: la détection « directe » des ondes gravitationnelles a été annoncée par l’expérience LIGO aux US jeudi 11 février dernier. C’est une nouvelle majeure car ces perturbations du tissu d’espace-temps sont un élément important de la théorie de la relativité générale, établie il y a environ 100 ans par Albert Einstein. En l’occurrence, ce sont les derniers instants de la fusion de deux trous noirs géants, qui sont à l’origine de l’émission d’une énorme quantité d’énergie. Ces deux trous noirs, initialement de 36 et 29 masses solaires, se sont réunis en un seul mastodonte de 62 masses solaires. Or si vous faites le calcul (pas trop compliqué…), 36 + 29 = 65 ! Donc il nous manque une énergie de 3 masses solaires (la masse est une forme d’énergie et le lien est donné par la fameuse loi E=mc²). En fait on sait depuis 1974 et la découverte du système binaire Hulse-Taylor (deux étoiles à neutrons orbitant l’une autour de l’autre) où part cette énergie:  elle est transportée par les ondes gravitationnelles à une vitesse égale, on en est certain depuis jeudi dernier, à la vitesse de la lumière dans le vide. Les caractéristiques de ce système qui porte le nom de ses découvreurs (et qui leur a valu un prix Nobel) s’expliquaient aussi par l’émission d’ondes gravitationnelles, selon les prédictions de la théorie de la relativité générale.

LISA-waves

Le projet eLisa de l’agence spatiale européenne.

Alors maintenant que l’on sait détecter des ondes gravitationnelles, quelle est la prochaine étape ? Et bien tout d’abord augmenter la sensibilité des principaux détecteurs en service: LIGO (US) et VIRGO (Europe). Dans un des nombreux papiers (une dizaine) publiés jeudi 11 février, il semble que les chercheurs désirent augmenter la précision de leur instrument d’un facteur 10, d’ici 2019. Malgré tout, du fait de la longueur somme toute limitée des bras de LIGO (3 km), ces formidables observatoires ne pourront toujours détecter que des phénomènes hautes fréquences (comme les derniers instants de la fusion de deux trous noirs tournant très vite l’un autour de l’autre). Pour détecter des phénomène plus basse fréquence et donc couvrir une plus large partie du spectre observable via les ondes gravitationnelles, il nous faudra forcément construire des interféromètres (c’est ce que sont LIGO et VIRGO) plus grand, beaucoup plus grand. C’est ici qu’entre en jeux le projet de l’agence spatiale eLisa: il s’agît tout simplement de construire un LIGO dans l’espace en envoyant 3 sondes volant en formation. Les bras de ce nouvel interféromètres feraient environ 1 million de kilomètres (avec une précision folle, capable de détecter une variation de distance de moins d’un atome d’hélium !). L’agence a récemment envoyée, le 3 décembre dernier, une sonde prototype (LISA pathfinder) pour valider un certain nombre des technologies nécessaires pour le projet eLisa. Lancement prévu en 2034.

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Vue d’artiste d’un pulsar, de son disque et de ses deux jets

Enfin, le meilleur pour la fin, les chercheurs envisagent très sérieusement de se servir de l’émission ultra régulière des pulsars (des étoiles à neutrons tournant très rapidement sur elle-même) pour détecter d’infimes variations dans la distance parcourue par la lumière émises par l’un des deux pôles (image ci-dessus). Comme vous avez dû le comprendre ces derniers jours, les ondes gravitationnelles, lorsqu’elles passent en un endroit, déforment l’espace-temps et changent donc le trajet que suivrait un rayon lumineux  traversant cette région. Utiliser les pulsars comme source de lumière nous permettrait de sonder de très basses fréquences grâce à la longueur incroyable du trajet optique. Le grand rêve de beaucoup de physiciens serait de pouvoir capter les ondes gravitationnelles primordiales émises lors de ce qu’on appelle, dans le cadre du modèle « Big Bang », l’inflation cosmique, une phase très brève dans l’évolution de l’univers lors de laquelle celui-ci a connu une expansion phénoménale. Affaire à suivre !

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Sélection d’images.

Le drone secret de BAE system Taranis.

Le drone secret de BAE system Taranis.

La mode est aux drones de combat furtifs et en Europe on peut compter deux projets majeurs: le nEUROn de Dassault Aviation et le Taranis de BAE System (vidéo ici). On ne sait que très peu de choses sur ce drone mais la principale caractéristique originale qu’on lui prête est qu’il serait supersonique. Si tel est le cas alors ce serait le premier drone de ce type à pouvoir dépasser la vitesse du son. L’image ci-dessus montre en tout cas que le projet est déjà bien avancé et que plusieurs prototypes ont déjà été construit.

Elon Musk pose devant sa capsule Dragon. A gauche en 2006, à droite en 2014.

Elon Musk pose devant sa capsule Dragon. A gauche en 2006, à droite en 2014.

Sur les images ci-dessus on peut observer les progrès qui ont été réalisé depuis les débuts de la capsule Dragon de SpaceX. Bien sur à l’origine ce n’était pas encore la société que l’on connaît actuellement et qui à elle seule a changer la donne dans le domaine du spatial (notamment en Europe avec l’accélération du développement d’Ariane 6). Cette image illustre parfaitement le succès d’Elon Musk qui depuis quelques années maintenant réussi tout ce qu’il entreprend.

Une ancienne méthode pour déglacer les rails.

Une ancienne méthode pour déglacer les rails.

Enfin deux photos pour finir. La première ci-dessus, pas forcément super récente, mais que je trouve vraiment sympa. C’est après la guerre en Pologne que des gens se sont servis de réacteurs d’avions pour déglacer les rails. Et la photo ci-dessous illustre quand à elle une technologie beaucoup plus récente et qui ne cesse de progresser: celle de prothèses robotisées. La personne sur la photo a perdu ses deux bras lors d’un accident électrique il y a 40 ans. Aujourd’hui, grâce à ses deux bras robotisés et contrôlés par la pensée cet homme peut de nouveau manipuler des objets et retrouver un peu d’indépendance. Plus d’infos ici.

Les Baugh manipule des objets pour apprendre à mieux maîtriser ses nouvelles prothèses.

Les Baugh manipule des objets pour apprendre à mieux maîtriser ses nouvelles prothèses.

Bilan de l’année 2014 (partie 2)

Image ALMA de HL Tauri.

Image ALMA de HL Tauri.

4- Le radiotéléscope ALMA (pour Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) a fourni en novembre 2014 une image exceptionnelle d’une très jeune étoile de type T Tauri et de son disque protoplanétaire. Le fait que l’image ci-dessus ne soit pas une vue d’artiste mais bien une image réelle du système dans le domaine radio est une véritable première. On observe dans le disque des régions sombres, vidées de matière, vraisemblablement par la formation de planètes. C’est donc, à 450 années-lumière de notre Terre, que nous pouvons observer la naissance d’un système planétaire et cette photo représente les prouesses que vont pouvoir réaliser les astronomes avec l’instrument ALMA. 2015 sera une grande année en astronomie.

Une photo de la planète Mars par la sonde indienne MOM.

Une photo de la planète Mars par la sonde indienne MOM.

5- Pour la première fois de son Histoire, l’Inde a réussie a envoyer une sonde autour de la planète rouge, devançant par la même occasion son rival en Asie: la Chine. La photo ci-dessus prise juste avant son arrivée incarne toute l’ambition et les progrès réalisés par l’agence spatiale indienne. C’est une très bonne nouvelle pour cette nation qui nourrit aussi des ambitions dans le domaine du spatial habité avec le succès il y a quelques jours du lancement suborbital de sa nouvelle fusée GSLV mark III et de sa capsule prototype. Les indiens ont l’intention de retourner sur Mars entre 2018 et 2020 mais avant, ils enverront leur seconde mission lunaire (qui comportera un rover).

6- La Nasa a lancée le 5 décembre 2014 pour la première fois sa capsule Orion qui devrait permettre aux américains de reprendre les voyages spatiaux habités (bien que ce test ne comprenait pas d’astronautes) vers des destinations autres que l’orbite basse terrestre (Lune, Mars, astéroïde…). Ce vol fut un un succès parfait et, grâce à une vitesse de rentrée importante (8.9 km/s), il a permis de valider nombre de technologies, notamment le boucler thermique nécessaire pour ce type de missions. Prochain vol prévu, si tout se déroule comme prévu, pour septembre 2018 avec un tour autour de la Lune, toujours sans astronautes.

Reprise du site et bilan de l’année 2014 (partie 1).

Atterrissage du lander Philae.

Atterrissage du lander Philae.

Tout d’abord, joyeux noël à toutes et à tous ! Après de longs mois d’inactivité sur ce blog, j’ai décidé de reprendre les mises à jour. Cela pour deux raisons: le nombre de visiteurs augmente toujours bien qu’il n’y a pas de contenu nouveaux et ensuite l’actualité dans les domaines qui m’intéressent particulièrement est extrêmement riche. Désormais en plein de travail de thèse, je n’aurai certainement pas le temps de poster des articles régulièrement et c’est pour cela que je recherche des personnes passionnées de science et technologie et intéressées par la vulgarisation et la communication pour m’aider à faire vivre ce site. Peu importe vos centres d’intérêt, s’il se rapportent aux sciences et technologies vous êtes les bienvenus. N’hésitez pas à me contacter via cette adresse mail: futurscience@gmail.com.

Revenons à nos moutons: que s’est-il passé au cours de cette année 2014 qui se termine ? Je ne peux bien sûr pas parler de chaque événement donc je citerai ceux qui m’ont marqué personnellement.

1- « L’atterrissage » du lander Philae sur la comète 67P/Churyumov–Gerasimenko (photo ci-dessus). Pour moi, l’événement de l’année, et de loin. C’est la première fois dans l’Histoire que l’Humanité pose une sonde sur ce type de corps. Et pour couronner le tout, c’est une réalisation européenne.

Les restes du SpaceShipTwo de virgin Galactic qui s'est écrasé le 31 octobre 2014.

Les restes du SpaceShipTwo de Virgin Galactic qui s’est écrasé le 31 octobre 2014.

2- L’accident tragique de SpaceShipTwo qui a coûté la vie à un pilote de Virgin Galactic le 31 octobre 2014. En tant que partisan du tourisme spatial, c’est la grande déception de l’année. Richard Branson a annoncé que cela n’empêcherait pas sa société de continuer son projet d’avion suborbital. Le fait que le moteur ait été retrouvé en bon état est peut être le signe que tout n’est pas perdu. L’enquête permettra d’en savoir plus.

Comparaison (à l'échelle) de notre système et de celui de l'exoplanète Kepler-186f.

Comparaison (à l’échelle) de notre système et de celui de l’exoplanète Kepler-186f.

3- La découverte de Kepler-186f. Pour la première fois depuis la première exoplanète découverte en 1995, on vient de trouver une planète semblable à la Terre et orbitant autour d’une naine rouge (un type d’étoile plus petite que notre Soleil). Par semblable à la Terre on entend de type « rocheuse », de rayon à peine plus grand que celui de notre planète (entre 1.13 et 1.17 rayons terrestres) et surtout située dans la zone d’habitabilité de son étoile, donc possiblement avec de l’eau liquide à sa surface. Cela ne signifie bien évidemment pas qu’une forme de vie existe sur cette planète mais nous avons la preuve formelle que la Terre n’est pas une exception dans la Galaxie (si certains en doutait encore…). Cette découverte a quand même excitée les chercheurs de vie extraterrestre qui ont très rapidement dirigés leurs radiotélescopes vers ce système planétaire (il y a au moins 4 autres planètes autour de cette étoile) pour essayer de capter des ondes électromagnétiques qui pourraient trahir la présence de formes de vie évoluées. Sans résultats… pour le moment.

A suivre…

Sélection de vidéos.

 Nous commençons avec la toute première vidéo du drone Taranis développé par les britanniques de BAE Systems. On ne sait que très peu de choses sur ce projet très secret mais il semblerait que le premier vol de ce drone ait eu lieu en août dernier, probablement en Australie. Il est aussi probable que ce soit un engin supersonique (une première pour ce type d’aéronef). L’objectif final est de mettre au point un aéronef engin furtif et capable de délivrer ses armes derrière les lignes ennemies.

Le projet Morpheus de la NASA avance bien. En effet, les vols libres se déroulent nominalement et les progrès se succèdent rapidement. Pour rappel, ce projet vise à mettre au point les technologies, tant au niveau hardware que software, nécessaires à la mise au point d’atterrisseurs fiables, écologiques et économes en énergie. Des missions visant à déposer des robots et du matériel scientifique sur la Lune ont notamment été imaginée par les ingénieurs du projet Morpheus. 

Toujours dans le même registre, le Jet Propulsion Laboratory (JPL) utilise un engin semblable à celui de Morpheus pour tester et améliorer ses algorithmes d’atterrissage autonome. Ces tests sont réalisés sur le Xombie de la petite startup Masten Space System. Enfin, nous terminons par une autre vidéo en provenance de la NASA. Cette fois-ci c’est pour tester de nouveaux parachutes destinés à des missions martiennes que l’agence spatiale américaine utilise les grands moyens. Ces essais ont lieux avec un tel système propulsé car le parachute en question est trop grand pour être installé dans les souffleries disponibles.

Les algorithmes génétiques permettent à un ordinateur d’apprendre à marcher seul.

[vimeo http://vimeo.com/79098420]

Depuis quelques temps déjà les scientifiques s’intéressent à l’application du principe d’évolution génétique pour permettre aux machines d’apprendre à marcher sans leur aide. Le concept est simple: on crée une créature virtuelle sur laquelle on applique des contraintes liées à son environnement (la gravité, la pente…) ou à sa structure interne (les degrés de liberté des « articulations », les puissances des « muscles »…)  et une fois ce cadre fixé on donne un but à la créature (par exemple marcher en ligne droite le plus vite possible, marcher en consommant le moins d’énergie possible). Ensuite on permet au programme de se relancer après chaque échec, avec la particularité de pouvoir changer sa propre programmation (sur le modèle de la sélection naturelle sur les espèce, qui s’applique sur leur génome). Ainsi au fur et à mesure des générations la créature virtuelle s’améliore toute seule, sans qu’aucun être humain n’intervienne. Dans la vidéo ci-dessus publiée récemment par des chercheurs de l’université d’Utrecht et de l’université de la Colombie-Britannique on voit clairement le processus d’amélioration de la marche pour différentes créatures bipèdes (notamment des humanoïdes) et le résultat est assez impressionnant sachant qu’à aucun moment on a indiqué au programme que les « jambes » servaient effectivement à marcher et que les « bras » pouvaient aussi servir à l’équilibre de la marche. Grâce au contrôle des différents paramètres les chercheurs peuvent aussi s’amuser à imaginer quelle serait la démarche d’un bipède sur d’autres planètes, comme Saturne. Pour le moment ces codes ne sont pas encore utilisés sur des vraies machines mais les scientifiques imaginent que cela sera bientôt possible, après des améliorations, notamment en ce qui concerne la ressemblance des membres virtuels et réels.

Un mini trou noir pour propulser des vaisseaux interstellaires ?

Vue d'artiste d'un vaisseau utilisant l'énergie émise par un trou noir pour se propulser.

Vue d’artiste d’un vaisseau utilisant l’énergie émise par un trou noir pour se propulser.

Dans cet article nous allons discuter d’un concept qui s’apparente en tout point de la science-fiction. Il convient donc de préciser que cette réflexion , issue de l’organisation « Icarus Interstellar« , est avant tout une extrapolation de résultats physiques qui nous semblent aujourd’hui acquis mais qu’il est nécessaire de relativiser. Il n’y a aujourd’hui aucun projet concret et même aucune preuve que ce concept soit viable. Ces précautions bien à l’esprit, nous pouvons donc maintenant voir de quoi il retourne. Aujourd’hui, l’exploration spatiale fait partie de notre quotidien, à chaque instant des hommes s’affairent dans l’espace, en orbite terrestre, des rovers parcourent quelques mètres sur les surfaces lunaire et martienne ou bien encore des sondes s’aventurent aux abords de comètes et des confins du système solaire. Tout cela représente déjà quelque chose d’extraordinaire et lorsque l’on réalise que l’espèce humaine n’a eu accès à l’espace qu’il y a un peu plus d’un demi-siècle, on ne peut qu’être impressionnés par cette infatigable capacité d’exploration. Malgré toute ces réussites nous sommes destinés à rencontrer un jour un problème majeur si nous désirons continuer notre exploration: les dimensions astronomiques de l’Univers. On ne sait même pas à l’heure actuelle si celui-ci est fini ni même de quoi il est réellement composé: selon la tendance actuelle en cosmologie il serait constitué de seulement 5% de matière ordinaire, le reste étant les désormais célèbres énergie et matière noire. La sonde la plus rapide construite par l’humanité, la sonde Voyager 1, mettrait plus de 80 000 ans à atteindre l’étoile Proxima du Centaure (l’étoile la plus proche de nous, à 4.2 années lumières) si elle était sa destination. Ainsi, une fois que nous aurons fait le tour du système solaire (j’en conviens, c’est pas pour demain), les prochaines destinations seront certainement les autres étoiles et les milliards d’exoplanètes existantes dans notre galaxie et alors se posera la question de savoir comment y accéder. 

Un "Schwarzschild Kugelblitz drive"

Un « Schwarzschild Kugelblitz drive »

C’est ici le que le concept de « Schwarzschild Kugelblitz drive » entre en jeux. Le problème majeur de la propulsion spatiale reste l’énergie, sa production et son stockage et actuellement deux solutions sont utilisées: l’énergie chimique et l’énergie électrique. La première permet d’atteindre de très fortes poussées capables d’arracher nos fusées du sol terrestre et la deuxième permet d’obtenir de grandes vitesses mais sur un temps beaucoup plus long (c’est pour cela que l’on ne verra jamais un engin décoller de la Terre grâce à des propulseurs électriques (où à plasma). La solution, pour notre concept, consisterait donc à utiliser une des sources d’énergie les plus incroyables de l’univers: les trous noirs ou plus exactement le rayonnement que ceux-ci émettent au cours de leur vie. Bien évidemment nous n’allons pas créer ou utiliser un trou noir de la taille de celui présent au centre de notre galaxie, il est inimaginable d’essayer de contrôler une tel monstre. En revanche, le physicien John Wheller émit pour la première fois en 1955 l’idée de créer des minis trous noirs grâce à une focalisation extrême d’énergie (en temps et en espace). Et l’auteur de l’étude pense que seuls des lasers à rayons gamma dotés de durées d’impulsions 100 milliards de fois plus faibles que celles que l’on sait faire actuellement seraient capables de créer un tel mini trou noir (nommé aussi Schwarzschild Kugelblitz). Pour se faire une idée, ce dernier serait minuscule puisqu’il aurait environ la taille d’un proton mais la masse de deux Empire State Building. Une fois ce trou noir artificiel crée, on pourrait récupérer son énergie grâce à un phénomène physique démontré par le célèbre Stephen Hawking: le rayonnement qui porte son nom. En effet, un trou noir s’évapore lors de sa vie jusqu’à mourir (au bout de 5 ans pour notre version miniature) et cette évaporation se fait en émettant un rayonnement et donc de l’énergie. L’idée serait donc de récupérer cette énergie grâce à ce que l’on appelle des coquilles de Dyson. Ce physicien avait imaginer en 1960 qu’une civilisation suffisamment avancée pourrait récupérer l’énergie des étoiles en les enfermant dans des coquilles gigantesques (imaginez le soleil encerclé de panneaux solaires très très efficaces). Pour notre vaisseau, c’est le mini trou noir qui serait partiellement entouré d’une telle coque et l’énergie ainsi récupérée permettrait d’alimenter un moteur classique (en chauffant un gaz d’hydrogène par exemple). Le titre de cet article est donc un peu trompeur puisque en fait ce n’est pas la façon de se propulser qui changerait (contrairement au cas des « warp drive ») mais bien la façon de récupérer l’énergie. Grâce aux 5 années d’existence du Schwarzschild Kugelblitz, le vaisseau pourrait ainsi atteindre théoriquement 72% de la vitesse de la lumière (avec une conversion d’énergie parfaite) ce qui permettrait de visiter de nombreuses étoiles à l’échelle d’une vie humaine. A vous de vous faire votre idée sur ce concept mais gardez bien à l’esprit qu’aucune agence spatiale n’investit à l’heure actuelle dans un projet semblable à celui-ci et d’autres concepts pourraient tout aussi bien se révéler plus intéressants (Comme le projet Deadalus de propulsion grâce à l’énergie de fusion nucléaire dont nous parlerons prochainement, image ci-dessous).

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Le concept Deadalus utilisant comme source d'énergie la fusion nucléaire.

Le concept Deadalus utilisant comme source d’énergie la fusion nucléaire.

Sélection de vidéos.

Avant la publication de la 3ème partie du dossier sur l’avenir du spatial, j’aimerai partager avec vous quelques vidéos relativement récentes et intéressantes. D’abord, comme promis, des vidéos du Darpa Robotics Challenge. La vidéo ci-dessus montre la démonstration complète de Boston Dynamics lors du DRC avec en vedettes les robots LS3 (le premier) et Wildcat (le tout dernier robot de la nouvelle filiale de Google). Ci-dessous, vous pourrez voir un autre robot appartenant maintenant à Google: S-One de la startup japonaise Schaft Inc. C’est ce dernier robot qui a remporté haut la main l’épreuve de décembre dernier à Miami. Dans la première vidéo c’est l’épreuve de l’escalier qui a seulement été réussie par deux équipes. Dans la deuxième vidéo vous pourrez voir un petit reportage sur differrentes équipes mais la partie la plus intéressante commence à 1 minute, où l’on peut voir S-One se déplacer avec relativement d’aisance sur des parpaings désordonnés. Comme vous pouvez vous en apercevoir, le robot est encore très lent pour prendre ses décisions (en sachant qu’il a été le meilleur) et de grands progrès sont attendus en décembre prochaine.

J’aimerai ensuite vous montrer deux vidéos d’autres robots du DRC avec d’abord celui du JPL, robosimian. Ce dernier est un mixte inspiré des crabes et des singes. Il possèdes quatre membres qui lui font office aussi bien de « jambes » que de « bras », avec des pinces à chaque extrémités. C’est le seul robot de la compétition à se déplacer de cette manière et il semble, qu’avec une belle 5ème place, le concept soit efficace. La deuxième vidéo nous présente le magnifique Valkyrie du centre Jonhson de la NASA. Le moins que l’on puisse dire c’est qu’il prend son temps et cela permet de mieux comprendre pourquoi il est arrivé dernier à la compétition avec 0 points: ce robot vient tout juste d’être terminé et l’équipe n’a quasiment pas eu le temps de le programmer et de le tester. Ils promettent que pour l’épreuve finale, en décembre 2014, les choses seront bien différentes.

Enfin, pour terminer, je vous transmet une vidéo de la prochaine amélioration dont va bénéficier Robonaut 2 (R2) qui est actuellement dans la station spatiale internationale (vidéo de son arrivée). Le robot collaboratif destiné à aider les astronautes dans les tâches dangereuses ou répétitives sera en effet doté prochainement de « jambes » géantes quelque peu étranges qui lui permettront de se déplacer dans la station grâce à un pilote resté sur Terre (bien que des plans ultérieurs prévoient son utilisation en dehors de la station voir même sur le sol lunaire ou martien). Les améliorations de R2 devraient être envoyées vers l’ISS à bord de la capsule Dragon de SpaceX lors de la mission cargo CRS 3, en février prochain.

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Hyperloop.

Le "pod" du système Hyperloop.

Le « pod » du système Hyperloop.

Elon Musk remet ça. Après Paypal, Tesla Motors, SolarCity et SpaceX voilà que l’homme que l’on compare au personnage fictif Tony Stark du film Iron Man dévoile un nouveau projet pour le moins ambitieux. Le cahier des charges est simple: relier San Francisco à Los Angeles en 30 minutes, être alimenter par énergie solaire, être dune fiabilité extraordinaire, notamment vis à vis des tremblements de terre (la Californie est une zone à fort risque sismique) et enfin le système doit être bien moins coûteux qu’un train à grande vitesse classique, monté sur rails. Et c’est justement ce dernier point qui a poussé Elon Musk a présenter son Hyperloop, en effet l’état de Californie a récemment annoncé qu’il allait construire une ligne à grande vitesse pour relier ses deux grandes villes principales mais le problème, pour l’entrepreneur originaire d’Afrique du Sud, c’est justement que le coût de ce réseau est évalué à environ 60 milliards de dollars. Beaucoup trop à ses yeux pour un système pas forcément révolutionnaire en terme de vitesse. Il a donc décidé de lancer, il y a un an, des études sur le concept de l’Hyperloop. C’est donc avec l’appui d’ingénieurs de Tesla et de SpaceX qu’il a peaufiner son idée initiale et qu’il a présenté les résultats le 12 août 2013 (un pdf de 57 pages téléchargeable en cliquant ici). Voici les grandes lignes de ce cinquième moyen de transport: un système de deux tubes, l’un à coté de l’autre, est installé en hauteur grâce à des pylônes. Grâce à des pompes, une faible pression est instaurée dans ces tubes (attention on ne fait pas le vide, comme il l’a souvent été supposé. Cela permet d’être relativement insensible aux éventuelles fuites et les pompes nécessaires ne sont pas excessivement coûteuses, comme c’est le cas lorsque l’on souhaite instauré un vide poussé). Cette basse pression permet de réduire la friction mais cela ne suffit pas car si l’espace entre les parois du tube et le pod est faible alors ce dernier agît en quelque sorte comme une seringue et pousse l’air vers l’avant en le compressant. C’est sur ce point que repose l’idée principale de Musk: sur le nez de chaque pod (pouvant transporter chacun jusqu’à 28 passagers) serait installé un compresseur électrique (une sorte de gros ventilateur) qui permettrait de transférer les hautes pressions du devant vers l’arrière (Musk fait l’analogie avec une pompe montée devant la seringue qui aspirerait l’air, facilitant ainsi l’avancé du piston). Le second point essentiel associé à cette solution est que ce système permettrait de créer un « coussin d’air » en dessous du pod et ainsi celui-ci serait en suspension sur cette couche d’air haute pression, à la manière du Air Hockey.

Les pods comme celui-ci partiraient des stations toute les deux minutes.

Les pods comme celui-ci partiraient des stations toute les deux minutes. On aperçoit le compresseur sur le nez du pod.

Le dernier élément nécessaire au fonctionnement de l’Hyperloop concerne évidemment la propulsion des pods. Elon Musk envisage pour cela d’utiliser les forces électromagnétiques (voir à ce sujet les railguns). Il serait monté sur environ 1 % du trajet des moteur électriques à induction, similaire à ceux présents dans la Tesla Model S (donc pas de rupture technologique à prévoir de ce côté). Les pods seraient ainsi accélérés environ tous les 110 km mais leur vitesse resterait subsonique (vitesse moyenne de 960 km/h et vitesse maximale de 1220 km/h). Enfin il convient d’aborder le coût estimé d’un tel projet car c’est sur ce point que l’Hyperloop frappe vraiment fort face à son concurrent sur rails. Au lieu de 60 milliards de dollars, Musk et son équipe estiment qu’il faudrait 6 milliards de dollars pour construire leur système de transport (10 milliards pour la version doté des pods améliorés permettant d’emporter des véhicules en plus des passagers), soit dix fois moins. Le projet est ambitieux et comme le milliardaire le dit lui même, il ne l’a pas crée pour ramasser des sommes énormes d’argent (il faudrait au moins 20 ans, à 20 dollars le ticket, pour amortir l’investissement initial). Néanmoins, bien qu’il s’estime déjà surbooké avec Tesla et SpaceX (hum, étonnant !), il semblerait qu’il désire construire au moins un prototype de l’Hyperloop, tout en espérant que quelqu’un d’autre relèvera le défis par la suite. C’est d’ailleurs pour cette raison qu’il a ouvert ce projet en open source.

Un pod et ses passagers. Ceux-ci ne devraient pas subir d'accélérations supérieures à 1 g.

Un pod et ses passagers. Ceux-ci ne devraient pas subir d’accélérations supérieures à 1 g.

Le Projet Iter cherche à maîtriser l’énergie de la fusion

le tokamak

Je vous ai parlé récemment des perspectives fantastiques de la fusion nucléaire.

Voici donc un des projets actuels qui travaille à rendre la technologie de la fusion accessible : le Projet Iter. L’objectif est la construction d’un réacteur thermonucléaire expérimental international afin de montrer la faisabilité de l’exploitation de l’énergie de la fusion à un niveau industriel. Ce réacteur sera de type tokamak. Un tokamak est une chambre torique de confinement magnétique. Ce sont les russes qui l’ont imaginé pour la première fois en 1950, d’où le nom.
Vous pouvez voir les dimensions colossales de ce réacteur dans l’image ci-dessus, on peut remarquer un homme debout tout en bas.

Comme je l’avais déjà dit, pour pouvoir réaliser une réaction de fusion il faut chauffer la matière à des températures gigantesques. C’est ce qui sera fait dans le tokamak d’Iter. A ces température les composants de notre réaction sont sous la forme d’un plasma, une grande bouillie de particules chargées. On va donc pouvoir diriger ces particules avec un champ magnétique puissant (c’est une propriété des particules chargées), donc confiner ce plasma et se protéger de sa température. De grandes bobines électriques vont donc être placées autour de la chambre centrale afin d’y créer ce champ magnétique. Pour vous imaginer la taille de ces bobines regardez l’image ci-dessous, c’est bluffant. Vous pouvez également regarder la vidéo explicative de tout le processus de construction de ces bobines ici. Remarquez le temps considérable nécessaire pour créer une unique bobine.

bobine à champ toroïdal

Le Projet Iter est une association de nombreux pays et l’emplacement qui a été décidé pour construire le tokamak est en France, à Cadarache ! C’est donc sur notre territoire que se trouve ce gigantesque projet, avec les retombées que l’on sait sur les emplois et l’économie de la région. La construction du site a commencé en 2007 et doit durer 10 ans, de grands espaces ont dû être défrichés et nivelés, des routes ont dû êtres modifiées pour permettre au gigantesques composants du réacteur d’être acheminés, et un travail énorme reste encore à réaliser alors que les bâtiments sortent petit à petit de terre. Vous pouvez visiter le site si vous êtes dans les environs.

On a vu la conception technique d’Iter mais quels sont les objectifs à long terme de ce projet ?
Il faut savoir que pour réaliser une réaction de fusion il faut injecter énormément d’énergie avant que la réaction s’enclenche. Le but est d’utiliser une partie de l’énergie produite pour maintenir la réaction en place. L’objectif final, et c’est celui d’Iter, est d’injecter dans le réacteur moins d’énergie pour entretenir la réaction qu’on en récupère. Or ceci n’est pas évident, à l’heure actuelle les meilleurs rendement d’une réaction de fusion on été ceux du tokamak européen JET, qui a injecté une puissance de 25MW pour en récupérer « seulement » 16MW, et celà pendant une seconde. Iter a de bien plus grandes ambitions avec 500MW produits pour 50MW injectés dans le réacteur et cela pendant 400 secondes. A titre de comparaison en France les réacteurs nucléaires produisent des puissances de l’ordre de 1000MW. En cas de réussite le Projet Iter serait donc le premier à récupérer plus d’énergie dans une réaction de fusion qu’il en a utilisé.
Un deuxième objectif est de réussir à maintenir la réaction de fusion pendant plus de 1000 secondes et jusqu’à 3000 secondes.

La phase d’exploitation du réacteur d’Iter devrait débuter en 2020 et durer 21 ans. Elle consistera surtout à faire de nombreux tests répartis dans le temps dans le but d’améliorer notre connaissance de cette technologie et de vérifier le fait qu’une telle installation fonctionne bien. Donc en attendant n’hésitez pas à suivre ce beau projet et à vous documenter plus en détail sur le site d’Iter ou sur Itercad.org, le site de l’agence Iter France.

La fusion nucléaire : l’énergie du futur ?

Une des grande problématique de notre époque est celle de l’énergie. Toutes les manières de la produire possèdent des inconvénients à l’heure actuelle.
Avec le gaz, le pétrole et le charbon une quantité gigantesque de CO2 est produite qui est l’ingrédient du réchauffement climatique. De plus leur quantité est limité sur la surface du globe. A propos de la fission nucléaire les problématiques de sécurité sont un frein à son utilisation à long terme. La réaction doit être contrôlée pour ne pas engendrer de catastrophe et des déchets radioactifs sont produits que l’on enterre et que l’on lègue à nos enfant, ne sachant pas comment faire autrement pour maîtriser leur radioactivité. Enfin les énergies renouvelables, qui semblent la voie la meilleure de produire de l’énergie, sont en effet sans risque pour la planète et les personnes, mais ont des rendements très faibles.

L’idéal serait donc de trouver un moyen de récupérer de l’énergie qui réponde à ces quatre problématiques : ne pas rejeter de dioxyde de carbone, garantir la sécurité, avoir de bons rendements et être disponible en très grande quantité. Et évidemment – puisque je poste cet article – cette solution existe !! Du moins théoriquement … c’est la fusion nucléaire.

Mais qu’est-ce que c’est la fusion nucléaire?

C’est la réaction qui va permettre à deux noyau atomiques de se rejoindre pour n’en former qu’un plus lourd. En comparaison la fission nucléaire, qui est utilisée actuellement, est la réaction qui consiste en la division d’un noyau atomique en deux noyaux plus légers. Ceci en bien expliqué dans la vidéo suivante.

 

Cette réaction de fusion nucléaire produit beaucoup d’énergie, énormément d’énergie. Pour vous dire c’est la réction qui se produit au coeur des étoiles et qui leur permet d’être chaudes et brillantes pendant des milliards d’années. Le problème c’est que les conditions de cette réaction sont terriblement difficiles à réaliser sur Terre. Il faut se trouver à des températures si élevées qu’on ne peut même pas l’imaginer : plusieurs dixaines de millions de degrés Celsius. Le seul moyen pour cela est de contenir la matière chaude sous forme de plasma grâce à un puissant champ magnétique.

Cependant si elle était maîtrisée la fusion aurait tout pour plaire.
Voici la réaction qui serait utilisée :     deutérium (2H) + tritium (3H) –> hélium (4He) + neutron (1n) + énergie
Or les composants de cette réaction, deux isotopes de l’hydrogène, sont relativement simples à produire. Le deutérium se trouve partout dans l’eau des océans. Le tritium, qui lui est un isotope radioactif, serait produit à partir d’une réaction de fission du lithium 6, qui est présent en abondance sur Terre . Les déchets radioactifs engendrés par la création du tritium seraient très limités en comparaison de ceux produits par les centrales nucléaires actuelles. La fusion permettrait donc d’apporter de l’énergie de façon quasi-illimitée et en ne produisant presque pas de déchets nucléaires. Comme la réaction n’émet pas de dioxyde de carbone la fusion est également propre du point de vue de l’environnement.
De plus la réaction de fusion n’est pas une réaction en chaîne, elle doit être entretenue. Donc si une fuite se réalise la réaction s’arrète automatiquement. C’est donc un procédé sécurisé.
Pour terminer les rendements de la fusion sont théoriquement exceptionnels. La réaction deutérium-tritium dégage environ 4 fois plus d’énergie que celle de la fission de l’uranium utilisée dans les centrales nucléaires actuelles.

Pour résumer si la fusion était maîtrisée elle permettrait d’avoir une énergie propre, sécurisée, quasi-illimitée et à rendements gigantesques. La production d’énergie ne serait plus alors un problème.

Plusieurs projets se développent actuellement afin de montrer qu’il est possible d’utiliser la fusion. En particulier le projet Iter cherche à savoir si elle peut être utilisée à un niveau industriel. Ceci fera l’objet d’un prochain article.