Colonisation de l'espace - Partie 1

Colonisation de l'espace

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Conception d'artiste d'un habitat spatial appelé le tore de Stanford, par Don Davis.
Conception d'artiste d'un habitat spatial appelé le tore de Stanford, par Don Davis.

La colonisation de l'espace, aussi appelée installation dans l'espace ou humanisation de l'espace, est le concept d'habitation humaine permanente et auto suffisante dans des lieux en dehors de la Terre. La première étape est une présence humaine permanente dans l'espace comme c'est le cas avec la station spatiale internationale.

C'est un thème majeur de la science-fiction et de la science contemporaine.

Bien que beaucoup pensent √  des colonies spatiales sur la Lune ou Mars, d'autres objectent que les premi√®res colonies seront en orbite plan√©taire. Plusieurs groupes de d√©veloppement de la NASA, de l'ESA et d'ailleurs ont √©tudi√© la faisabilit√© d'une colonie orbitale. Ils ont d√©termin√© qu'il y avait toutes les quantit√©s n√©cessaires de mat√©riaux sur la Lune et les ast√©ro√Įdes g√©ocroiseurs, que l'√©nergie solaire √©tait disponible en grandes quantit√©s et qu'aucune nouvelle d√©couverte scientifique n'√©tait n√©cessaire, bien que des prouesses d'ing√©nierie seraient n√©cessaires.

L'actuel directeur de la NASA Michael Griffin a identifi√© la colonisation de l'espace comme le but ultime des programmes spatiaux actuels en disant :

¬ę ...Le but n'est pas juste une exploration scientifique... C'est aussi √©tendre l'habitat humain en dehors de la Terre comme nous avan√ßons dans le temps... Au long terme une esp√®ce situ√©e sur une seule plan√®te ne pourra survivre... Si nous humains voulons survivre pour des centaines, des milliers ou des millions d'ann√©es, nous devons peupler d'autres plan√®tes. Aujourd'hui la technologie est telle que cela est √  peine imaginable. Nous n'en sommes qu'√  l'enfance... je veux dire qu'un jour, et je ne sais pas lequel, il y aura plus d'humains qui vivront en dehors de la Terre qu'√  sa surface. Nous pourrons aussi bien avoir des gens qui vivent sur les lunes de Jupiter que d'autres plan√®tes. Nous pourrons avoir des gens construisant des habitats sur des ast√©ro√Įdes... Je sais que les humains coloniseront le syst√®me solaire et un jour iront au del√ . ¬Ľ [1]

Colonisation de l'espace
Système solaire externe
Autres



Sommaire

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Méthode [modifier]

Construire des colonies dans l'espace demandera de la main d'Ňďuvre, de la nourriture, des mat√©riaux de construction, de l'√©nergie, des transports, des communications, un environnement viable incluant gravit√© et protection contre les radiations. Une colonie sera possiblement situ√©e de mani√®re √  favoriser l'acc√®s √  ces ressources.

Matériaux [modifier]

Les colonies sur la Lune et Mars pourront utiliser les ressources locales, bien que la Lune ait des quantit√©s insuffisantes d' hydrog√®ne, de carbone et d'azote mais beaucoup d'oxyg√®ne, de silicium et de m√©taux. Pour les colonies orbitales, lancer des mat√©riaux depuis la Terre serait tr√®s cher, aussi les mati√®res premi√®res viendraient de la lune ou des ast√©ro√Įdes g√©ocroiseurs, Phobos, ou D√©imos o√Ļ les forces gravitationnelles sont tr√®s inf√©rieures, ou il n'y a ni atmosph√®re, ni biosph√®re endommageable. Les ast√©ro√Įdes g√©ocroiseurs contiennent de grandes quantit√©s de m√©taux, oxyg√®ne, hydrog√®ne et carbone. Ils contiennent √©galement un peu d'azote mais pas suffisamment pour √©viter un approvisionnement depuis la Terre.

√Čnergie [modifier]

L'énergie solaire est abondante et fiable en orbite terrestre et est communément utilisé par les satellites aujourd'hui. Il n'y a pas de nuit dans l'espace, pas de nuages et pas d'atmosphère pour bloquer la lumière du soleil.

L'√©nergie solaire disponible en watt par m2 √  n'importe quelle distance d, du soleil peut √™tre calcul√©e par la formule E = 1366/d¬≤, o√Ļ d est mesur√© en unit√© astronomique.

Particuli√®rement en apesanteur, la lumi√®re solaire peut √™tre utilis√©e directement avec des fours solaires faits de toiles m√©talliques ultra l√©g√®res qui g√©n√®rent des temp√©ratures de plusieurs milliers de degr√©s ou pour r√©fl√©chir la lumi√®re solaire sur des cultures, le tout pour un co√Ľt quasiment nul.

De grandes structures seront n√©cessaires pour convertir l'√©nergie solaire en √©lectricit√© pour les pionniers. Sur Terre la moyenne de consommation des pays d√©velopp√©s est de 2-6 kilowatts par personne (ou 10 m√©gawatt-heures par personne et par an), les besoins dans l'espace seront s√Ľrement bien plus grands..[2])

L'√©nergie pourrait m√™me √™tre un produit d'export pour les colonies spatiales en utilisant des rayons de micro-ondes √  destination de centrales solaire orbitales ou de la Lune.

La Lune a des nuits de deux semaines mais il existerait des zones situ√©es aux p√īles lunaires avec un ensoleillement permanent. Mars est plus loin du soleil et subit parfois des temp√™tes de poussi√®res qui att√©nuent un peu l'intensit√© de son rayonnement. N√©anmoins, son atmosph√®re filtre moins le rayonnement solaire que celle de la Terre, ce qui permet d'esp√©rer une exploitation de l'√©nergie solaire avec une efficacit√© du m√™me ordre, avec de plus une plus grande r√©gularit√© d'ensoleillement.[3]

L'énergie nucléaire resterait donc une alternative pour une énergie continue sur ces corps célestes, mais aucun minerai d'uranium n'ayant encore été détecté, il faudrait apporter la matière première depuis la Terre.

Une des grandes difficulté de l'utilisation de l'énergie solaire thermale ou de l'énergie nucléaire dans des environnements avec peu ou pas d'atmosphère sera de disperser l'inévitable chaleur générée du cycle de carnot. Cela requerrait de grandes surfaces radiateur pour disperser la chaleur.

Transport [modifier]

Acc√®s √  l'espace [modifier]

Le transport jusqu'√  l'orbite terrestre et au-del√  est un facteur limitant pour la conqu√™te spatiale. Du point de vue financier, le co√Ľt d'un lancement actuel est tr√®s √©lev√© : de 4 000 √  24 000 euros par kg pour acc√©der √  une orbite basse. Pour envoyer un objet de 100 tonnes dans l'espace (on parle de charge utile), il faut construire une fus√©e gigantesque avec notamment de grands r√©servoirs pour stocker le carburant et le comburant. Exemple d'une telle fus√©e : la Saturn V du programme Apollo.

Depuis pr√®s de 50 ans, le principe des fus√©es est rest√© le m√™me et personne n'a r√©ussi √  r√©volutionner le domaine, malgr√© de nombreux efforts de la part des ing√©nieurs des agences spatiales. Pour coloniser l'espace, des v√©hicules bien plus √©conomiques aussi bien d'un point de vue financier qu'environnemental (il y aurait des milliers de lancements) seront n√©cessaires. Une solution serait les avions spatiaux hypersonique en d√©veloppement par la NASA ou d'autres organisations aussi bien publiques que priv√©es. Il y a aussi des projets au tr√®s long terme pour construire un ascenseur spatial.

Transports dans le système solaire [modifier]

Des moyens de transport utilisant des ressources ext√©rieures √  la Terre pour la propulsion r√©duiraient les co√Ľts de mani√®re significative. Des carburants exp√©di√©s depuis la Terre co√Ľteraient bien trop cher m√™me avec les innovations ci-dessus. D'autres technologies comme la propulsion captive, le VASIMR, le moteur ionique, la fus√©e solaire thermique, la voile solaire et la propulsion nucl√©aire thermique peuvent tous potentiellement r√©duire le probl√®me des co√Ľts de transport une fois dans l'espace.

Sur la Lune, une possibilit√© bien √©tudi√©e est de construire une catapulte √©lectromagn√©tique pour lancer les mati√®res premi√®res aux installations. Un ascenseur spatial lunaire pourrait √™tre utilis√© (contrairement √  l'ascenseur spatial terrestre, l'ascenseur lunaire peut √™tre construit avec des technologies existantes).

Communications [modifier]

Compar√© aux autres besoins, la communication est facile pour l'orbite terrestre ou la Lune. La plupart des communications actuelles passent d√©j√  par satellite. Les communications radio ou t√©l√©phonique avec Mars et au del√  souffriront de retards dus √  la vitesse de la lumi√®re tout comme les autres moyen de communication comme les e-mails ou les courriers vocaux.

Habitabilité [modifier]

Les colons auront besoin d'air, d'eau, de nourriture, de gravit√© et d'une temp√©rature ad√©quate pour survivre de longues p√©riodes. Sur Terre, la grande et complexe biosph√®re fournit tout cela. Dans les installations spatiales, un syst√®me relativement r√©duit et en circuit ferm√© devra recycler tous les ingr√©dients n√©cessaire √  la vie sans aucune panne possible.

Le plus proche syst√®me de support de vie actuel est s√Ľrement celui du sous-marin nucl√©aire. Il utilise des syst√®mes m√©caniques pour subvenir aux besoins humains pendant des mois sans faire surface. Cependant ces sous-marins rel√Ęchent du dioxyde de carbone, bien qu'ils recyclent l'oxyg√®ne. Le recyclage du CO2 a √©t√© envisag√© en litt√©rature en utilisant la r√©action de Sabatier ou la r√©action de Bosch.

Le projet Biosphère II en Arizona a montré qu'une biosphère petite, complexe, confinée et artificielle pouvait supporter huit personnes pour au moins un an, bien qu'il y ait eu de nombreux problèmes. Après un an il a fallu que la mission qui devait durer 2 ans se réapprovisionne en oxygène ce qui laisse fortement supposer qu'ils ont approché une saturation atmosphérique.

La relation entre des organismes, leur habitat et un environnement extra-terrestre peut √™tre :

Les exp√©riences ont montr√© que les syst√®mes de support de vie bas√©s sur les plantes sont tr√®s inefficaces quant √  l'utilisation de l'√©nergie ; environ 1 √  3% d'efficacit√© √©nerg√©tique est commun, ce qui signifie que 97-99% de l'√©nergie lumineuse fournie √  la plante fini en chaleur et a besoin d'√™tre dissip√©e pour √©viter de surchauffer l'habitat.

Une combinaison des technologies ci dessus est également possible.

Protection contre les radiations [modifier]

Les rayons cosmiques et le rayonnement solaire sont assez √©nerg√©tiques. De mani√®re g√©n√©rale, ils endommagent les cellules de tous les organes √  diff√©rents niveaux. A faible dose, il n'y a pas de danger, les cellules mortes sont naturellement remplac√©es par de nouvelles cellules, comme lors d'un traumatisme local. N√©anmoins, √  force de subir le rayonnement, la probabilit√© de dysfonctionnement d'un organe (typiquement le cancer) augmente avec le temps, de fa√ßon analogue au tabagisme. De plus, des √©ruptions solaires cr√©ent des niveaux de radiation plus importants parfois mortels.

Pour prot√©ger la vie, les installations devront √™tre entour√©es de suffisamment de mati√®re pour absorber les radiations. Cela peut √™tre fait ais√©ment sur la Lune, Mars ou les ast√©ro√Įdes en utilisant le r√©golite local. Les sorties en dehors de la base seront limit√©es √  des dur√©es raisonnables, en √©vitant de les cumuler tout au long de l'ann√©e.

Enfin, on peut noter qu'au niveau de l'orbite terrestre correspondant √  la ceinture de Van Allen, les radiations sont trop importantes et ne permettent pas d'√©tablir une base habit√©e.

Autoreproduction [modifier]

L'autoreproduction est optionnelle mais beaucoup pensent qu'elle sera indispensable parce qu'elle permet un d√©veloppement beaucoup plus rapide des colonies tout en √©liminant les co√Ľt et la d√©pendance pour la terre. Il pourrait m√™me √™tre dit que l'√©tablissement d'une telle colonie serait le premier acte d'autoreproduction de la Terre.

Des formules intermédiaires incluent des colonies qui ont seulement besoin d'informations de la part de la Terre (science, ingénierie, divertissement, etc.) ou des colonies qui auront seulement besoin de de fournitures légères comme des circuits intégrés, des médicaments, de l'ADN ou des outils spécifiques.

Voir aussi: Sonde von Neumann, Machine auto-reproductrice, Nanotechnologie moléculaire

Taille de la population [modifier]

En 2002, l'anthropologue John H. Moore a estim√© qu'une population de 150 √  180 individus autoriserait une reproduction normale pour 60 √  80 g√©n√©rations soit 2000 ans.

Une population beaucoup plus petite de par exemple deux femmes serait viable aussi longtemps que des embryons humains apportés de la Terre sont disponibles. L'utilisation d'une banque du sperme permettrait également une population initiale plus faible avec une consanguinité négligeable.

Les chercheurs en biologie ont tendance √  adopter la r√®gle du "50/500" √©mise par Franklin et Soule. Cette r√®gle dit qu'une population de base (Ne) de 50 est n√©cessaire √  court terme pour √©viter un niveau inacceptable de consanguinit√©, alors qu'au long terme une population Ne de 500 est n√©cessaire pour maintenir une bonne diversit√© g√©n√©tique. La recommandation Ne = 50 correspond √  une consanguinit√© de 1% par g√©n√©ration ce qui est la moiti√© du maximum tol√©r√© par les √©leveurs contemporains d'animaux domestiques. La valeur Ne = 500 essaye d'√©quilibrer le taux de gain de variation g√©n√©tique li√© aux mutations avec le taux de perte d√Ľ √  la d√©rive g√©n√©tique.

La taille effective de la population Ne d√©pend du nombre d'hommes Nm et de femmes Nf dans la population selon la formule :

N_e = \frac{4 \times N_m \times N_f} {N_m + N_f}


16/09/2007
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