L'ascenseur spatial: une descente aux enfers ?

Publié par Michel le 24/05/2006 à 00:00
Source: Nature
Illustration: NASA
Sera-t-il réellement possible de fabriquer un câble à base de nanotubes de carbone capable de supporter un ascenseur spatial? Certainement pas demain, et peut-être même jamais, selon l'étude de Nicola Pugno de l'école d'enseignement (L'enseignement (du latin "insignis", remarquable, marqué d'un signe, distingué) est une...) technique de Turin (Turin (Türìn en piémontais - Torino en italien) est une ville, chef-lieu de la...), dont les calculs prouvent que des défauts, inévitables dans les nanotubes, rendent un tel câble insuffisamment résistant.

L'idée d'un ascenseur spatial (L'ascenseur spatial est un concept de transport spatial entre la surface et une orbite autour de la...) a été popularisée par la science-fiction (La science-fiction, prononcée /sjɑ̃s.fik.sjɔ̃/ (abrégé en...), où les auteurs envisagent un câble 100.000 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...) de long s'étirant depuis la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) et fixé sur une orbite géosynchrone (L'orbite géosynchrone, abrégée GSO (geosynchronous orbit), est une orbite géocentrique sur...). Les charges utiles, ou les touristes, glisseraient alors simplement le long du câble vers une orbite basse (L'orbite terrestre basse (Low Earth orbit, LEO, en anglais) est un type d'orbite terrestre situé...), sans qu'une fusée (Fusée peut faire référence à :) ne soit nécessaire.


Concept d'ascenseur spatial

Lorsque l'on a découvert que les nanotubes de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) possédaient un ratio résistance/poids incroyablement élevé, les chercheurs ont espéré que cette idée pouvait devenir une réalité. Cependant, selon Pugno, les défauts existant dans les nanotubes à l'échelle atomique réduiraient la résistance d'un tel câble d'au moins 70%.

Le ruban de l'espace

Les chercheurs pensent que la meilleure forme à utiliser pour le câble d'un ascenseur spatial serait une bande, d'environ un mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du...) de large et épaisse comme une feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux...) de papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres...). Elle devrait supporter une tension (La tension est une force d'extension.) d'au moins 62 gigapascals (GPa) soit environ 630 tonnes par centimètres carrés. C'est l'équivalent de l'effort lors d'un jeu de tir à la corde avec plus de 100.000 personnes de chaque côté.

Les essais en laboratoire ont prouvé que les nanotubes peuvent supporter en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) environ 100 GPa, tension exceptionnelle due à leur structure cristalline. Mais l'absence d'un seul atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) dans un nanotube (Le nanotube est une structure cristalline particulière, de forme tubulaire, creuse et close,...) peut réduire sa résistance de près de 30%. Et un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) en bloc élaboré à partir de tels tubes est encore plus faible. La plupart des fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) ainsi produites n'ont jusqu'ici qu'une résistance très inférieure à 1 GPa.

Les mesures récentes effectuées sur des nanotubes de haute qualité montrent qu'il leur manque un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) de carbone tous les 10^12 liens ; cela représente environ un défaut tous les 4 microns. Des défauts sur deux atomes ou plus sont beaucoup plus rares, mais Pugno précise qu'à l'échelle de l'ascenseur spatial ils sont statistiquement très probables.

En utilisant un modèle mathématique (Un modèle mathématique est une traduction de la réalité pour pouvoir lui appliquer les outils,...) de sa conception, et qui a été testé en prédisant la résistance de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) tels que le diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la...) nano-cristallin, Pugno estime que les défauts sur le cable affaibliront sa résistance en dessous de 30 GPa. Il ajoute que même si des nanotubes parfaits pouvaient être élaborés, des dommages dus à des micrométéorites voire à une érosion par des atomes d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) les affaibliraient. A la question: un ascenseur spatial peut-il être réalisé ? Pugno répond: "Avec la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) disponible aujourd'hui... Jamais".

Pourtant, ne jamais dire jamais...

Cet avis (Anderlik-Varga-Iskola-Sport (Anderlik-Varga-Ecole-Sport) fut utilisé pour désigner un...) marque un important contraste avec les déclarations faites par Bradley Edwards, dont l'étude de faisabilité d'un ascenseur spatial pour la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...) et un livre ont fait un porte-parole écouté pour le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...). Edwards, qui est président et fondateur de la société Carbon-Designs, écarte la polémique, et indique qu'avec un financement suffisant il se fait fort d'élaborer des câbles capables de respecter le critère des 62 GPa en trois ans. En point (Graphie) clé, il propose d'enrouler fermement de longs nanotubes les uns autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) des autres, ce qui améliorerait les forces de frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre...) coopératives et rendrait la résistance des nanotubes pris individuellement moins cruciale.

Pugno riposte que les plus gros défauts affaiblissent de façon critique le câble, quel que soit sa forme. Et que les tentatives en laboratoire ne semblent pas jusqu'ici inspirer beaucoup d'optimisme. Ray Baughman, directeur de l'institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) NanoTech à Dallas (Pour le feuilleton, voir Dallas (feuilleton télévisé).), avait publié un article dans Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...) l'an passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...), à propos de câbles d'un mètre de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...), enroulés d'une façon similaire à celle proposée par Edwards. Ceux-ci ne résistaient pas à une tension bien inférieure à 1 GPa.

Baughman indique que les résultats de Pugno ne l'étonnent pas. Il est connu depuis des décennies que les matériaux cristallins sont sensibles aux défauts, et qu'ils montrent un affaiblissement net de leur résistance avec l'augmentation de leur taille. Mais il ajoute qu'une solution sera peut-être un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) trouvée. "Je ne verrai sans doute pas l'ascenseur spatial", dit-il, "mais j'ai jamais aimé dire jamais".

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