L'ascenseur spatial: une descente aux enfers ?
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L'idée d'un ascenseur spatial a été popularisée par la science-fiction, où les auteurs envisagent un câble 100.000 kilomètres de long s'étirant depuis la surface de la Terre et fixé sur une orbite géosynchrone. Les charges utiles, ou les touristes, glisseraient alors simplement le long du câble vers une orbite basse, sans qu'une fusée ne soit nécessaire.
Concept d'ascenseur spatial
Lorsque l'on a découvert que les nanotubes de carbone 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 de large et épaisse comme une feuille de papier. Elle devrait supporter une tension 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 environ 100 GPa, tension exceptionnelle due à leur structure cristalline. Mais l'absence d'un seul atome dans un nanotube peut réduire sa résistance de près de 30%. Et un matériau en bloc élaboré à partir de tels tubes est encore plus faible. La plupart des fibres 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 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 de sa conception, et qui a été testé en prédisant la résistance de matériaux tels que le diamant 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 les affaibliraient. A la question: un ascenseur spatial peut-il être réalisé ? Pugno répond: "Avec la technologie disponible aujourd'hui... Jamais".
Pourtant, ne jamais dire jamais...
Cet avis marque un important contraste avec les déclarations faites par Bradley Edwards, dont l'étude de faisabilité d'un ascenseur spatial pour la NASA et un livre ont fait un porte-parole écouté pour le projet. 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 clé, il propose d'enrouler fermement de longs nanotubes les uns autour des autres, ce qui améliorerait les forces de frottement 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 NanoTech à Dallas, avait publié un article dans Science l'an passé, à propos de câbles d'un mètre de longueur, 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 trouvée. "Je ne verrai sans doute pas l'ascenseur spatial", dit-il, "mais j'ai jamais aimé dire jamais".