Colonisation de l'espace - Partie 1
Colonisation de l'espace
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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 à des colonies spatiales sur la Lune ou Mars, d'autres objectent que les premières colonies seront en orbite planétaire. Plusieurs groupes de développement de la NASA, de l'ESA et d'ailleurs ont étudié la faisabilité d'une colonie orbitale. Ils ont déterminé qu'il y avait toutes les quantités nécessaires de matériaux sur la Lune et les astéroïdes géocroiseurs, que l'énergie solaire était disponible en grandes quantités et qu'aucune nouvelle découverte scientifique n'était nécessaire, bien que des prouesses d'ingénierie seraient nécessaires.
L'actuel directeur de la NASA Michael Griffin a identifié la colonisation de l'espace comme le but ultime des programmes spatiaux actuels en disant :
« ...Le but n'est pas juste une exploration scientifique... C'est aussi étendre l'habitat humain en dehors de la Terre comme nous avançons dans le temps... Au long terme une espèce située sur une seule planète ne pourra survivre... Si nous humains voulons survivre pour des centaines, des milliers ou des millions d'années, nous devons peupler d'autres planètes. Aujourd'hui la technologie est telle que cela est à peine imaginable. Nous n'en sommes qu'à 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'à sa surface. Nous pourrons aussi bien avoir des gens qui vivent sur les lunes de Jupiter que d'autres planètes. Nous pourrons avoir des gens construisant des habitats sur des astéroïdes... Je sais que les humains coloniseront le système solaire et un jour iront au delà . » [1]
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Méthode [modifier]
Construire des colonies dans l'espace demandera de la main d'œuvre, de la nourriture, des matériaux de construction, de l'énergie, des transports, des communications, un environnement viable incluant gravité et protection contre les radiations. Une colonie sera possiblement située de manière à favoriser l'accès à ces ressources.
Matériaux [modifier]
Les colonies sur la Lune et Mars pourront utiliser les ressources locales, bien que la Lune ait des quantités insuffisantes d' hydrogène, de carbone et d'azote mais beaucoup d'oxygène, de silicium et de métaux. Pour les colonies orbitales, lancer des matériaux depuis la Terre serait très cher, aussi les matières premières viendraient de la lune ou des astéroïdes géocroiseurs, Phobos, ou Déimos où les forces gravitationnelles sont très inférieures, ou il n'y a ni atmosphère, ni biosphère endommageable. Les astéroïdes géocroiseurs contiennent de grandes quantités de métaux, oxygène, hydrogène et carbone. Ils contiennent également un peu d'azote mais pas suffisamment pour éviter un approvisionnement depuis la Terre.
Énergie [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'énergie solaire disponible en watt par m2 à n'importe quelle distance d, du soleil peut être calculée par la formule E = 1366/d², où d est mesuré en unité astronomique.
Particulièrement en apesanteur, la lumière solaire peut être utilisée directement avec des fours solaires faits de toiles métalliques ultra légères qui génèrent des températures de plusieurs milliers de degrés ou pour réfléchir la lumière solaire sur des cultures, le tout pour un coût quasiment nul.
De grandes structures seront nécessaires pour convertir l'énergie solaire en électricité pour les pionniers. Sur Terre la moyenne de consommation des pays développés est de 2-6 kilowatts par personne (ou 10 mégawatt-heures par personne et par an), les besoins dans l'espace seront sûrement bien plus grands..[2])
L'énergie pourrait même être un produit d'export pour les colonies spatiales en utilisant des rayons de micro-ondes à destination de centrales solaire orbitales ou de la Lune.
La Lune a des nuits de deux semaines mais il existerait des zones situées aux pôles lunaires avec un ensoleillement permanent. Mars est plus loin du soleil et subit parfois des tempêtes de poussières qui atténuent un peu l'intensité de son rayonnement. Néanmoins, son atmosphère filtre moins le rayonnement solaire que celle de la Terre, ce qui permet d'espérer une exploitation de l'énergie solaire avec une efficacité du même ordre, avec de plus une plus grande régularité 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]
Accès à l'espace [modifier]
Le transport jusqu'à l'orbite terrestre et au-delà est un facteur limitant pour la conquête spatiale. Du point de vue financier, le coût d'un lancement actuel est très élevé : de 4 000 à 24 000 euros par kg pour accéder à une orbite basse. Pour envoyer un objet de 100 tonnes dans l'espace (on parle de charge utile), il faut construire une fusée gigantesque avec notamment de grands réservoirs pour stocker le carburant et le comburant. Exemple d'une telle fusée : la Saturn V du programme Apollo.
Depuis près de 50 ans, le principe des fusées est resté le même et personne n'a réussi à révolutionner le domaine, malgré de nombreux efforts de la part des ingénieurs des agences spatiales. Pour coloniser l'espace, des véhicules bien plus économiques aussi bien d'un point de vue financier qu'environnemental (il y aurait des milliers de lancements) seront nécessaires. Une solution serait les avions spatiaux hypersonique en développement par la NASA ou d'autres organisations aussi bien publiques que privées. Il y a aussi des projets au très long terme pour construire un ascenseur spatial.
Transports dans le système solaire [modifier]
Des moyens de transport utilisant des ressources extérieures à la Terre pour la propulsion réduiraient les coûts de manière significative. Des carburants expédiés depuis la Terre coûteraient bien trop cher même avec les innovations ci-dessus. D'autres technologies comme la propulsion captive, le VASIMR, le moteur ionique, la fusée solaire thermique, la voile solaire et la propulsion nucléaire thermique peuvent tous potentiellement réduire le problème des coûts de transport une fois dans l'espace.
Sur la Lune, une possibilité bien étudiée est de construire une catapulte électromagnétique pour lancer les matières premières aux installations. Un ascenseur spatial lunaire pourrait être utilisé (contrairement à l'ascenseur spatial terrestre, l'ascenseur lunaire peut être construit avec des technologies existantes).
Communications [modifier]
Comparé aux autres besoins, la communication est facile pour l'orbite terrestre ou la Lune. La plupart des communications actuelles passent déjà par satellite. Les communications radio ou téléphonique avec Mars et au delà souffriront de retards dus à la vitesse de la lumière 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 gravité et d'une température adéquate pour survivre de longues périodes. Sur Terre, la grande et complexe biosphère fournit tout cela. Dans les installations spatiales, un système relativement réduit et en circuit fermé devra recycler tous les ingrédients nécessaire à la vie sans aucune panne possible.
Le plus proche système de support de vie actuel est sûrement celui du sous-marin nucléaire. Il utilise des systèmes mécaniques pour subvenir aux besoins humains pendant des mois sans faire surface. Cependant ces sous-marins relâchent du dioxyde de carbone, bien qu'ils recyclent l'oxygène. Le recyclage du CO2 a été envisagé en littérature en utilisant la réaction de Sabatier ou la réaction 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 être :
- Organismes et habitats complètement isolés de l'environnement (par exemple : biosphère artificielle, Biosphère II, système de support de vie)
- Changer l'environnement pour qu'il devienne un habitat viable (Terraformation)
- Changer les organismes pour qu'ils deviennent adaptés à leur environnement, c’est-à -dire intégrer l'habitat aux organismes (voir aussi Génie génétique, Transhumanisme, Cyborg)
Les expériences ont montré que les systèmes de support de vie basés sur les plantes sont très inefficaces quant à l'utilisation de l'énergie ; environ 1 à 3% d'efficacité énergétique est commun, ce qui signifie que 97-99% de l'énergie lumineuse fournie à la plante fini en chaleur et a besoin d'être dissipée pour éviter 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 énergétiques. De manière générale, ils endommagent les cellules de tous les organes à différents niveaux. A faible dose, il n'y a pas de danger, les cellules mortes sont naturellement remplacées par de nouvelles cellules, comme lors d'un traumatisme local. Néanmoins, à force de subir le rayonnement, la probabilité de dysfonctionnement d'un organe (typiquement le cancer) augmente avec le temps, de façon analogue au tabagisme. De plus, des éruptions solaires créent des niveaux de radiation plus importants parfois mortels.
Pour protéger la vie, les installations devront être entourées de suffisamment de matière pour absorber les radiations. Cela peut être fait aisément sur la Lune, Mars ou les astéroïdes en utilisant le régolite local. Les sorties en dehors de la base seront limitées à des durées raisonnables, en évitant de les cumuler tout au long de l'année.
Enfin, on peut noter qu'au niveau de l'orbite terrestre correspondant à la ceinture de Van Allen, les radiations sont trop importantes et ne permettent pas d'établir une base habitée.
Autoreproduction [modifier]
L'autoreproduction est optionnelle mais beaucoup pensent qu'elle sera indispensable parce qu'elle permet un développement beaucoup plus rapide des colonies tout en éliminant les coût et la dépendance pour la terre. Il pourrait même être dit que l'établissement 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 estimé qu'une population de 150 à 180 individus autoriserait une reproduction normale pour 60 à 80 générations 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 à adopter la règle du "50/500" émise par Franklin et Soule. Cette règle dit qu'une population de base (Ne) de 50 est nécessaire à court terme pour éviter un niveau inacceptable de consanguinité, alors qu'au long terme une population Ne de 500 est nécessaire pour maintenir une bonne diversité génétique. La recommandation Ne = 50 correspond à une consanguinité de 1% par génération ce qui est la moitié du maximum toléré par les éleveurs contemporains d'animaux domestiques. La valeur Ne = 500 essaye d'équilibrer le taux de gain de variation génétique lié aux mutations avec le taux de perte dû à la dérive génétique.
La taille effective de la population Ne dépend du nombre d'hommes Nm et de femmes Nf dans la population selon la formule :
