[News] L'ascenseur spatial : une descente aux enfers ?

Conquête spatiale et technologies relatives...

Modérateur : Modérateurs

Avatar de l’utilisateur
Michel
Messages : 19974
Inscription : 14/07/2004 - 14:48:20
Activité : Ingénieur
Localisation : Cote d'Azur

[News] L'ascenseur spatial : une descente aux enfers ?

Message par Michel » 24/05/2006 - 0:00:21

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 technique de Turin, dont les calculs prouvent que des défauts, inévitables dans les nanotubes, rendent un tel câble insuffisamment résistant.

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.


Image
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 ».

Source: Nature
Illustration: NASA

Avatar de l’utilisateur
StarDreamer
Messages : 1165
Inscription : 07/03/2006 - 15:55:14
Contact :

Message par StarDreamer » 24/05/2006 - 7:34:18

Je ne comprends pas pourquoi on parle d'une longueur de 100.000 km... une orbite geosynchrone n'est-elle pas située à 36.000 km ?

extrados
Messages : 49
Inscription : 20/09/2005 - 20:00:28

Message par extrados » 24/05/2006 - 9:02:02

Grossièrement :
Toute la partie qui est en dessous de 36000 km tourne à une vitesse moindre que celle necessaire à compenser la gravité donc le cable "pèse" et tire vers le bas . Toute la partie au dessus des 36000 km tourne à une vitesse superieure que celle necessaire à compenser la gravité donc le cable tire vers le haut . En gros la partie qui est au dessus des 36000 km compense la partie qui est en dessous des 36000 km . :bon:

Avatar de l’utilisateur
cisou9
Messages : 10118
Inscription : 12/03/2006 - 15:43:01
Activité : Retraité
Localisation : Pertuis en Lubéron
Contact :

Message par cisou9 » 24/05/2006 - 15:52:13

D'ou la nécessité d'avoir un cable de 100 000 km et une masse importante à cette altitude. ;)
Image
Sur Futura science.
Un homme est heureux tant qu'il décide de l'être et nul ne peux l'en empêcher.
Alexandre Soljenitsyne.

Avatar de l’utilisateur
macland
Messages : 5077
Inscription : 06/08/2005 - 10:44:31
Localisation : Ile de France

Message par macland » 25/05/2006 - 17:24:38

...et en admettant que l'on réussisse à fabriquer ce cable en nanotubes de carbonne machin, ne risque t'on pas d'interférer sur l'orbite de la terre en déséquilibrant sa rotation par une masse extérieure solidaire du globe terrestre, un peu comme les boléros mexicains..??.. :bon:

extrados
Messages : 49
Inscription : 20/09/2005 - 20:00:28

Message par extrados » 25/05/2006 - 20:29:15

dans mars la rouge (lien wiki ) l'auteur parle d'un cable de 10 metres d'épaisseur et de 6 milliard de tonnes . En supposant que pour la Terre un cable de 10 metres de diametre est suffisant et en prenant comme masse volumique celle du graphite 2267 kg/m3 on obtient pour un cable de 100 000 km une masse d'environ 17,8 milliards de tonnes .

Masse de la Terreenviron 5.98*10^21 tonnes
Rayon équatorial de la Terre 6378 km , altitude géosynchrone environ 36000 km . Distance centre-orbite géosynchrone =42378 km

pour calculer le nouveau centre de gravité du couple Terre-cable par rapport au centre de la Terre .

(17.8*10^9 *42378)/(17.8*10^9 +5.98*10^21) = 1.22 *10^-7 km soit environ à 0.1 mm du centre de la Terre .

amha c'est pas dangereux :grat: sauf si ça péte . Dans Mars la rouge , l'auteur décrit le résultat du cable qui en tombant parcours plus d'un tour de Mars :haaa: apres un sabotage des "rouges terroristes" ... la trilogie vaut vraiment le coup (Mars la rouge , Mars la verte , Mars la bleue )

Olivier
Messages : 4
Inscription : 15/01/2006 - 12:07:38
Localisation : Paris

Admettons...

Message par Olivier » 25/05/2006 - 22:24:03

Admettons que ce soit techniquement réalisable...

Quelle serait vraiment l'impact d'un cable tendu de la terre à 100.000 km de hauteur?

N'y aurait-il aucune interférence avec des satellites d'orbites inférieure à 100.000 km?

Répondre