Échelle de Kardashev

 

Échelle de Kardashev

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L'échelle de Kardashev est une méthode générale de classement des civilisations en fonction de leur niveau technologique, proposée en 1964 par l'astronome russe Nikolaï Kardashev. Elle se compose de trois catégories basées sur la quantité d'énergie dont dispose une civilisation donnée, selon une progression exponentielle. Kardashev a présenté son échelle en 1964 lors de la conférence de Byurakan qui faisait le point sur le programme d'écoute de l'espace par la radioastronomie soviétique.

L'existence de telles civilisations reste encore très hypothétique en 2013, mais cette échelle a été prise comme base de travail par les chercheurs du projet SETI, les écrivains de science-fiction et les futurologues.

Sommaire

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Catégories définies par Kardashev [modifier]

Type I [modifier]

Une civilisation de Type I est capable d'utiliser toute l'énergie disponible sur sa planète d'origine, approximativement 1,74×1016 W. Sur Terre, la puissance disponible s'élève à 1,74×1017 W. La valeur de 4×1012 W, proposée initialement par Kardashev, correspondait au niveau énergétique atteint sur Terre en 1964.

Type II [modifier]

Une civilisation de Type II doit s'avérer capable de collecter toute l'énergie de son étoile centrale, soit à peu près 1×1026 W. Il s'agit là encore d'une estimation, le Soleil rayonnant environ 3,86×1026 W, tandis que Kardashev parlait de 4×1026 W.

Type III [modifier]

Une civilisation de Type III a à sa disposition toute l'énergie émise par la galaxie dans laquelle elle est située, soit près de 1×1036 W. Ce niveau d'énergie varie largement en fonction de la taille de chaque galaxie, Kardashev le fixait à 4×1037 W.

Utilisation et exemples [modifier]

La civilisation humaine est de Type 0, quelque part sous le Type I, puisqu'elle n'utilise qu'une fraction de l'énergie totale disponible sur Terre. Alors que l'échelle de Kardashev ne comportait pas de niveaux intermédiaires, Carl Sagan en a défini par interpolation et extrapolation des types initiaux, et il a calculé que celui de la civilisation humaine actuelle devait être 0,7 en évaluant la puissance consommée à environ 10 térawatts par la formule :

K = rac{log_{10}{W}-6} {10}

K représente le niveau de civilisation de Kardashev et W la puissance consommée en watts. On écrit la partie entière en chiffres romains et la partie fractionnaire en décimal.

Pour parvenir au Type I sur Terre, une possibilité serait d'utiliser massivement l'énergie maréthermique, les éoliennes, l'énergie marémotrice pour extraire l'énergie solaire reçue par les océans. Malheureusement, aucune méthode connue à ce jour ne permet de collecter l'intégralité de cette énergie disponible sans recouvrir complètement la surface terrestre de structures artificielles. Compte tenu du mode de vie des humains, cela semble irréalisable dans un avenir proche. Nous sommes déjà en train de collecter l'énergie terrestre au travers des ressources renouvelables, méthode qui peut s'avérer plus durable et plus efficace que notre technologie. Si nous renonçons à remplacer complètement les ressources naturelles par des substituts synthétiques, il est possible de parvenir à une civilisation de Type I par optimisation de tout l'écosystème terrestre en vue d'un rendement maximal.

Une hypothétique civilisation de Type II pourrait construire une sphère de Dyson, ou une structure semblable, afin d'intercepter toute l'énergie émise par une étoile, ou bien, plus exotique encore, nourrir un trou noir de matière stellaire pour en extraire de l'énergie utilisable, ou bien enfin occuper plusieurs systèmes stellaires et prélever une fraction de l'énergie de chaque étoile. Une civilisation de Type III se servirait des mêmes méthodes, appliquées à toutes les étoiles d'une ou de plusieurs galaxies, ou encore de méthodes inconnues de nos jours.

Pour Kardashev, les Terriens n'étaient en mesure, en 1964, d'intercepter qu'une fuite émanant d'une civilisation de Type III, sous forme d'ondes radios ou de faisceaux laser. Au mois d'avril de l'année suivante, en 1965 donc, Kardashev croit avoir intercepté un de ces signaux dans la radiogalaxie CTA 102, et l'agence Tass publie même un communiqué sensationnel faisant état d'un message dont « l'origine extra-terrestre est vérifiée et ne fait aucun doute ». Kardashev en est pour ses frais, un astronome hollandais (Maarten Schmidt) ayant identifié quelques jours plus tôt le signal comme l'émission d'un quasar. Depuis, le silence persistant de l'univers, ou tout du moins l'absence de réception d'un signal ou d'une fuite en provenance de telles civilisations, mènera Iosef Shklovski (radioastronome russe, collaborateur de Kardashev) à conclure au suicide obligé d'une civilisation de Type III, déclaration à rapprocher du Paradoxe de Fermi.

L'« Empire galactique » rencontré communément dans nombre d'œuvres de space opera fournit un exemple facilement reconnaissable de civilisation fictive susceptible de parvenir au Type III. Ces civilisations consomment une énergie à une échelle gigantesque, se situant entre le Type II et le Type III.

Chronologie possible [modifier]

L'histoire contemporaine de l'humanité semble suivre une chronologie, esquissée ici. Ces valeurs sont des approximations de la version extrapolée de l'échelle par Carl Sagan, tenant compte d'une progression de 0,8.

Civilisation de Type 0
0,25 (3 108 W) Empire romain 0,5 (1011 W) Révolution industrielle 0,6 (1012 W)

Développement technologique de 1891 à 1938

0,7 (1013 W) XXe siècle : Armement nucléaire et Fission nucléaire 0,8 (1014 W) XXIe siècle : Fusion nucléaire 0,9 (1015 W) XXIIe siècle : Ascenseur spatial, création d'une Cité universelle[1] transition de Type 0 à Type I : la civilisation s'auto-détruit ou parvient à une Singularité technologique
Tendances évolutives :
Longrightarrow Niveaux technologiques croissants, niveaux de sécession croissants jusque 0,5, accroissement de la consommation énergétique et de la surface habitée
Longleftarrow Après 0,5, niveaux de sécession décroissants

Perspectives téléologiques [modifier]

Si l'on considère l'échelle de Kardashev comme un schéma prédictif, voire normatif, d'un avenir technologique attendu, plutôt que comme une simple échelle de consommation énergétique, elle en devient téléologique et nous prédit une « fin de l'histoire ». Vue comme une description du passé et de l'avenir de l'histoire de l'humanité, elle pourrait être comparée à la théorie marxiste des modes de production qui comporte aussi des propositions sur les interactions entre technologie et structures sociales, bien que sur une période plus courte.

Faiblesse de telles supputations [modifier]

Il a été avancé que, comme nous ne pouvons comprendre les civilisations avancées, nous ne pouvions prévoir leur comportement. Alors les visions de Kardashev peuvent ne pas correspondre au devenir de civilisations avancées. Cet argument est développé dans l'ouvrage Evolving the Alien: The Science of Extraterrestrial Life, de Jack Cohen et Ian Stewart[2]. Il est aussi possible que des conditions uniques sur Terre puissent permettre à des technologies particulières de se développer rapidement, alors qu'elles auraient été retardées pour des civilisations ne bénéficiant pas de telles conditions. La liste de ces conditions présumées spécifiques à la Terre et des découvertes qu'elles ont permises est plutôt longue. En voici quelques exemples :

Il est possible que les conditions nécessaires à la formation des hydrocarbures, du charbon et du gaz naturel n'aient pas été remplies sur d'autres planètes. Ces combustibles fossiles furent indispensables pour nous rendre (provisoirement) indépendants du bois et des combustibles animaux. Bien que les énergies hydraulique, éolienne et solaire soient connues depuis longtemps, elles se sont peu développées jusqu'à ce que des techniques industrielles des matériaux améliorent leur rendement. Ces techniques, grandes consommatrices d'énergie, n'auraient pu être elles-mêmes développées sans source d'énergie suffisante. Une observation similaire vaut pour les réacteurs nucléaires, sources d'énergie bien plus puissantes, qui n'auraient pas été réalisables sans les combustibles fossiles, ni compris les ressources limitées en minerai d'uranium.

Contre-argument : l'abondance d'autres sources [modifier]

La perception humaine reste entachée d'un biais naturel concernant les voies de développement énergétique de la civilisation humaine. Durant les deux chocs pétroliers de 1973 et 1979, les sociétés hyper-industrialisées ont continué de fonctionner ; beaucoup se sont tournées vers la recherche d'alternatives technologiques énergétiques à grande échelle, dans l'optique qu'elles puissent fournir l'énergie nécessaire à la poursuite du développement industriel et commercial, même si la production d'énergies fossiles venait à se tarir.

Ce développement obtenu, il est possible qu'une société puisse croître sans passer par une étape de production d'énergie fossile. Cette version de l'argumentation de Buckminster Fuller sur l'énergie solaire est conforme à l'idée de Paul Hawken d'une écologie industrielle selon laquelle l'utilisation d'énergies fossiles n'est ni essentielle ni souhaitable, étant données ses nuisances et l'existence de sources d'énergie de substitution. Les principes de fonctionnement de la pile à combustible furent découverts par Christian Friedrich Schönbein dès 1838, et que leur application par Sir William Grove débuta en 1843, bien avant la généralisation de l'utilisation des énergies fossiles autres que le charbon, ce qui rend plus plausible encore qu'une civilisation extra-terrestre ait eu recours à la pile à combustible en lieu et place des hydrocarbures. L'exploitation industrielle du pétrole, initiée par Edwin Drake, ne commença que dans les années 1850.

Implications pour les civilisations [modifier]

Il existe beaucoup d'exemples historiques de civilisations subissant des transitions à grande échelle, telles la Révolution industrielle et la Renaissance. De la même manière, les transitions entre niveaux de l'échelle de Kardashev sont susceptibles de représenter des périodes troublées de bouleversements sociaux, puisqu'elles impliquent de dépasser l'obstacle que représente la limitation des ressources disponibles sur le territoire occupé par une civilisation. Une spéculation courante suggère que la transition du Type 0 au Type I comporte un grand risque d'auto-destruction puisque l'espace vital occupe entièrement la planète natale. La catastrophe malthusienne est un exemple d'une telle spéculation.

Certains auteurs ont souligné qu'une période de grand bouleversement pourrait être les prémisses d'une ascension vers une civilisation de Type I[3].

Contraintes de communication [modifier]

Il est coûteux, pour une civilisation inférieure au Type I, de tenter d'entrer en contact avec d'autres civilisations plus avancées, pour des raisons de puissance d'émission nécessaire. Il a été calculé que pour obtenir un émetteur fiable et suffisamment puissant pour être remarqué par une civilisation de Type II, entre 1 et 10 billions de dollars seraient nécessaires. La limite supérieure équivaudrait au Produit intérieur brut des États-Unis en 2000[4]. Ainsi, il a été suggéré que la civilisation doit avancer largement dans le Type I avant que l'énergie requise pour un contact efficace avec une autre civilisation devienne supportable pour ses ressources économiques.

Une fois le contact établi entre les deux civilisations, et leur localisation mutuelle connue, le coût énergétique requis pour maintenir le contact et échanger des informations peut alors être significativement réduit en utilisant des technologies de transmissions très directionnelles. En 1974, le radiotélescope d'Arecibo a transmis un message qui va parcourir 25 000 années-lumière, vers l'amas globulaire d'Hercule. Une plus grande antenne et des longueurs d'onde plus courtes auraient permis à la même énergie d'être focalisée sur un objectif plus lointain encore. Le programme SETI repose largement sur de telles possibilités.

Extrapolations hypothétiques [modifier]

La progression exponentielle de cette échelle incite à extrapoler des types de civilisations plus avancées encore. Par exemple :

  • Type IV : la civilisation contrôle toute l'énergie d'un superamas galactique (approximativement 1046 W). Dans le cas de l'humanité par exemple, il pourrait s'agir du Superamas de la Vierge.
  • Type V : l'énergie disponible mise sous domination égale celle de tout l'Univers visible ; soit approximativement 1056W. Une telle civilisation dépasse l'entendement scientifique et semble déjà tout à fait utopique. Il s'agit théoriquement de la barrière ultime à son expansion.

Projections imaginaires [modifier]

Elles se rencontrent essentiellement en science-fiction et ne sont pas « officiellement » établies, et diffèrent donc selon les auteurs. En voici quelques exemples, qui se basent sur la théorie du Multivers :

  • Type VI : Une telle civilisation pourrait manipuler et altérer les lois de la physique au point d'acquérir le pouvoir de coloniser d'autres univers, et même de les aménager à son gré en manipulant leurs paramètres cosmologiques. Cette civilisation pourrait alors migrer d'un univers à l'autre au fur et à mesure de leur vieillissement, et devenir ainsi potentiellement éternelle. Le niveau énergétique de plusieurs univers additionnés pourrait s'établir aux environs de 1066 W, dans le prolongement des niveaux inférieurs. La seule frontière est désormais le potentiel total du Multivers.
  • Type VII : La civilisation égale désormais le niveau d'une déité, capable de créer des univers à volonté par la provocation de Big Bangs artificiels préalablement paramétrés, en tant que prolongement du Multivers[5], afin de les utiliser comme sources d'énergie et zone de peuplement, après une expansion suffisante. Leur puissance énergétique est alors potentiellement infinie, seulement limitée par le nombre et la taille des univers qu'elles sont en mesure de créer. Elle pourrait s’élever à la hauteur vertigineuse de 1076 ou même 10100 (googol) W. Une civilisation de ce type serait vraisemblablement immortelle, migrant perpétuellement d'un univers à l'autre et créant toujours de nouveaux univers en prévision de sa prochaine migration. La seule limite qui demeure est sa capacité à accroître ou conserver la masse totale de l'énergie existante, d'univers en univers : la moindre déperdition d'énergie la condamne, tôt ou tard, à se retrouver dans l'incapacité de créer à terme des univers de taille suffisante pour subvenir à ses besoins énergétiques et démographiques, la contraignant à l'arrêt de sa croissance, voire à la décroissance, jusqu'à extinction. La nouvelle de science-fiction d'Isaac Asimov La Dernière Question met en scène un exemple d'entité possédant la technologie d'une civilisation de Type VII[6].

Évidemment, on pourrait encore imaginer l'existence de plusieurs Multivers, ouvrant de nouvelles possibilités de développement à la civilisation, et ainsi de suite suivant un processus de mise en abyme. La conclusion à tirer est donc que, en l'absence d'équilibre entre ressources et besoins, une civilisation tend forcément à une expansion sans fin.

Futurs hypothétiques [modifier]

La science-fiction à l'origine de ces projections imaginaires nous propose aussi des indications sur les hypothétiques changements à venir correspondant aux valeurs fractionnaires de l'échelle de Kardashev. Voici un futur possible, dont les propositions s'appuient sur la littérature scientifique. L'article de Nikolai Kardashev sur L'Inévitable et les structures possibles des supercivilisations, où il expose qu'une consommation d'énergie croissante conduit à une progression technologique, à une cohésion diminuée et à une fluctuation de la probabilité de survie et de contact, est une explication de cette section. Les articles Cosmologie et Civilisation et Transmission d'information par les civilisations extraterrestres mentionnent également ces civilisations et leur transformation. L'essentiel de ces explications peuvent être consultées dans Énergie et culture qui développe plus en détail le contenu du présent article. Il est consacré à l'aspect théorique des tendances évolutives des civilisations plus avancées avec une description de chacun des types. Cette section suit le schéma original sans le citer mot pour mot.

Type I [modifier]

Michio Kaku cite Dyson qui estime que la terre aboutira à une civilisation de Type I vers 2200, en se fondant sur une extrapolation du taux de croissance actuel de la consommation énergétique de la planète.

Type I : Colonisation complète de la Terre (orbite incluse)
de (1016 W à 1019 W) entre (1020 W et 1023 W) jusque (1024 W à 1026 W) (discutable)
Colonisation et anthropisation avancées de la quasi-totalité du globe terrestre et de son orbite, exploitation minière de la Lune et des géocroiseurs. Implantation des premières colonies sur les autres Corps célestes du système solaire. Premier voyage interstellaire (Ex: vers Alpha du Centaure). Tensions provoquées par la taille de la civilisation pouvant aboutir à une sécession en plusieurs civilisations planétaires — régression depuis une civilisation en début de type I.[7] Début de la construction d'une sphère de Dyson, d'un disque d'Alderson, ou de l'Anneau-Monde. Premières missions d'exploration interstellaire automatisées.
Tendances évolutives :
Longrightarrow Niveaux technologiques croissants, extension de l'exploration spatiale, sources d'énergie spatiales, multiplication des foyers de civilisation non terrestres, consommation énergétique croissante, extension de la surface habitée
Longleftarrow Décentralisation croissante, différenciation des sociétés par rupture des liens sociaux causée par les décalages temporels des communications

Type II [modifier]

Selon Kaku, Kardashev aurait prévu le développement d'une telle civilisation vers 5200.

Type II : Colonisation complète du Système solaire
de (1026 W à 1029 W) entre(1030 W et 1033 W) (discutable) jusque(1034 W à 1036 W) (discutable)
Exploration et colonisation avancées de presque tous les Corps célestes du système solaire, achèvement d'une Sphère de Dyson permettant l'exploitation directe du rayonnement solaire. Implantation des premières colonies sur les autres systèmes de la Bulle locale, puis de tout le Bras d'Orion, avant d'occuper progressivement toute la galaxie. Ingénierie stellaire et propulseur Shkadov, premier voyage intergalactique (Ex: vers le Grand Chien) . Tensions provoquées par la taille de la civilisation pouvant aboutir à la sécession des différents systèmes planétaires en plusieurs civilisations — régression en une civilisation mono-stellaire. Premières missions d'exploration intergalactique automatisées.
Tendances évolutives :
Longrightarrow Niveaux technologiques croissants, croissance exponentielle du nombre de systèmes colonisés. Civilisation centralisée qui draine toujours plus de ressources d'autres systèmes inhabités –– conduisant à une expansion toujours plus grande
Longleftarrow Décentralisation, probabilité croissante de sécession en systèmes isolés. Si non équitablement réparties, les ressources peuvent être à nouveau l'objet de conflits armés.

Type III [modifier]

Selon Kaku, Kardashev prévoyait le développement de ce type de civilisation vers 7800.

Type III : Colonisation complète de la Voie lactée
de (1036 W à 1039 W) (discutable) entre (1040 W et 1043 W) (discutable) jusque (1044 W à 1046 W) (discutable)
Exploration et colonisation avancées de presque tous les systèmes planétaires contenus dans la Voie lactée, exploitation énergétique de la quasi-totalité de ses étoiles. Exploitation notamment de la gigantesque force gravitationnelle de Sagittarius A*. Implantation des premières colonies sur les autres galaxies du Groupe local, puis de tout le Superamas de la Vierge. Premier voyage vers un autre Superamas galactique (Ex: vers le Superamas de l'Hydre-Centaure). Hautement hypothétique, à partir d'ici plus aucune suppostion ne peut être faite pour les niveaux supérieurs. On peut toujours faire l'hypothèse du schéma classique de sécession des différentes galaxies colonisées. Premières explorations automatisées d'autres Superamas.
Tendances évolutives :
Longrightarrow Niveaux technologiques croissants, les systèmes centralisés drainent progressivement toutes les ressources des systèmes non encore exploités –– conduisant à une expansion croissante
Longleftarrow Ralentissement de la croissance dans les galaxies colonisées à cause des vitesses limitées rendant la centralisation impossible

Type IV et V [modifier]

Probablement vers 9000/10000 pour le Type IV et environ 12000/13000 pour le Type V.

Type IV : Colonisation complète du Superamas local (1046 W à 1056 W). Poursuite des expéditions à des échelles cosmologiques plus grandes encore, telles que le Complexe de superamas Poissons-Baleine puis d'autres grandes structures de l'Univers.

Risque de divergences génétiques à l'intérieur de l'espèce humaine. Fuite possible hors de l'univers à travers un trou noir artificiel[8]. L'exploration spatiale tend à toucher aux confins de l'Univers.

Type V : colonisation de tout l'Univers visible sans jamais parvenir à son achèvement[9] (1056 W à 1066 W). Unité de la civilisation improbable. Prospection sur d'éventuels espaces au-delà de l'Univers. Risque de disparition des civilisations, faute de ressources.

Type > V [modifier]

Prédictions hautement spéculatives

Possibilités aussi nombreuses que les théories proposées sur l'extérieur de l'Univers. Dans le cas du Multivers, conservation du principe d'exploration et de colonisation comme précedemment exposé, et ainsi de suite indéfiniment sur les échelons cosmologiques supérieurs, dans l'optique d'une expansion sans fin.

Valeurs actuelles [modifier]

Projection de l'Échelle de Kardashev jusqu'en 2040

Voici les valeurs passées et prévisionnelles de la production énergétique planétaire données par l'Agence internationale de l'énergie :

Année Production énergétique Équivalent fractionnaire
de l'échelle de Kardashev
exajoules/an térawatts Quads[10] mteps[11]
1900 21 0.67 20 500 0.58
1970 190 6.0 180 4500 0.68
1973 260 8.2 240 6200 0.69
1985 290 9.2 270 6900 0.70
1989 320 10 300 7600 0.70
1993 340 11 320 8100 0.70
1995 360 12 340 8700 0.71
2000 420 13 400 10000 0.71
2001 420 13 400 10000 0.71
2002 430 14 410 10400 0.71
2004 440 14 420 10600 0.72
2010 510 16 480 12100 0.72
2030 680 22 650 16300 0.73

Exemples de différents types de Kardashev dans les œuvres de fiction [modifier]

Les auteurs de science-fiction n'ont pas écrit leurs œuvres avec l'échelle de Kardashev en tête, aussi l'estimation des types, ci-après, n'est ni définitive, ni complète, ni absolue. Les civilisations sont classées dans le type dont elles respectent à peu près les critères, et sont en transition, à un stade plus ou moins avancé, vers le type suivant.

  • Type VI et Type VII (déité, capacité de créer des univers à volonté par la provocation de Big Bangs artificiels préalablement paramétrés)

Relations avec la sociologie et l'anthropologie [modifier]

La théorie de Kardashev peut être considérée comme l'extension d'autres théories sociales et, particulièrement, celle de l'évolutionisme social. Elle se rapproche de la théorie de Leslie White, auteur de The Evolution of Culture: The Development of Civilization to the Fall of Rome (1959). White a tenté de bâtir une théorie explicative de toute l'histoire de l'humanité. La technologie est le facteur prépondérant de cette théorie : « Les avancées technologiques déterminent l'organisation sociale », écrit White, se faisant l'écho de la thèse plus ancienne de Lewis Henry Morgan. Il propose comme mesure du niveau d'avancement d'une société la mesure de sa consommation énergétique (qui lui a donné son nom de théorie énergétique de l'évolution des cultures). Il a distingué cinq stades de développement de l'humanité. Dans le premier les hommes utilisent leur seule énergie musculaire. Dans le second, ils se servent d'animaux domestiques. Dans le troisième (que White nomme révolution agricole), ils se servent de l'énergie de la biomasse végétale. Dans le quatrième ils apprennent à extraire les énergies fossiles : le charbon, le pétrole et le gaz naturel. Finalement, au cinquième stade, ils se servent de l'énergie nucléaire. White a introduit la formule : P=E×T, où E est l'énergie consommée, et T un coefficient dépendant de l'efficacité des techniques utilisant cette énergie.

Notes et références [modifier]

  1. Œcuménopole ou Cité universelle [archive]
  2. Une controverse sur le sujet se trouve à (en) www.futurehi.net [archive]
  3. (en) www.darkage.fsnet.co.uk [archive]
  4. (en) www.rfreitas.com [archive]
  5. Etant donné le caractère spéculatif de cette théorie, il n'est pas certain que le reparamétrage d'autres univers existants soit plus simple que la création ex nihilo de nouveaux univers déjà correctement paramétrés
  6. Même si AC ne crée pas d'univers à proprement parler, mais inverse seulement l'entropie de l'univers présent
  7. (en) Où sont-ils ? [archive]
  8. (en) Magazine d'Astrobiologie [archive]
  9. L'Univers suivant une expansion infinie
  10. Quads : 1015 BTU
  11. mtep : million de tonne équivalent-pétrole
  12. inclus les satellites naturels
  13. Science-fiction à l'époque de l'écriture

Annexes [modifier]

Articles connexes [modifier]

Liens externes [modifier]

Bibliographie [modifier]



11/06/2013
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