Les mégastructures du futur : les constructions titanesques de demain

Ça m’arrive souvent de rester béat devant un site de construction, rien que pour un pont, un échangeur autoroutier ou un complexe résidentiel. La physique, l’ingénierie, l’architecture et les machines nécessaires pour concevoir ces structures m’épatent. Faut être honnête, c’est quand même impressionnant.

Construire des structures complexes est clairement un signe d’intelligence et de maîtrise de son environnement. Ériger des pyramides, la grande muraille de Chine, des cathédrales, des barrages, des stations spatiales, des grattes ciel ou encore des collisionneurs de particules démontrent à quel point notre espèce est unique dans le règne animal. Ce n’est pas le fait de construire des structures qui est spécial, car d’autres animaux en sont capables comme les fourmis, les abeilles, la castors ou encore les oiseaux. Ce qui est spécial chez homo sapiens c’est l’ampleur des structures.

Si bien qu’on peut se demander jusqu’où peut-on aller dans la création de structure complexe et projets d’ingénierie. On peut appeler ce champ de réflexion les megastructures. Ce sont des structures artificielles qui sont permises par les lois de la physique, mais qui peuvent nous sembler absurdes par l’ampleur de leur taille et ambition. De la même manière qu’une termite pourrait trouver le Burj Khalifa absurde, si elle avait un avis sur le sujet.

On peut aussi voir une mégastructure comme un objet artificiel hypothétique qui pourrait être construit par une civilisation très avancée, quelle soit extra-terrestre ou celle de nos descendants. On parle également d’astro-ingénierie et elles sont souvent associées à la classification des civilisations selon l’échelle de Kardashev. Plus d’info à ce sujet dans cette vidéo. Qui date un peu.

Voyons donc une liste de quelques megastructures les plus célèbres.

Ascenseur spatial:

Considéré comme l’un des moyens d’ouvrir l’accès à l’espace de manière permanente et à moindre coût, un ascenseur spatial est une attache ancrée qui s’étend jusqu’à basse orbite, permettant à une nacelle de transporter des personnes et des marchandises dans l’espace.

Conçu pour la première fois dès 1895, l’ascenseur spatial est probablement le plus facile (et le moins cher) à construire, de nombreuses études ayant déjà été menées sur la faisabilité d’une telle structure. La construction d’un ascenseur spatial nécessite des matériaux extrêmement résistants, mais également très légers comme des nanotubes de carbones ou du graphène par exemple.

Anneau orbital:

L’anneau orbital est un concept assez similaire à un ascenseur spatial qui a pour origine une idée de Nicolas Tesla en 1870. Il s’agit d’un anneau placé en orbite basse, à l’équateur et qui tourne plus rapidement que la planète. La structure est reliée avec la Terre par des ascenseurs spatiaux. Elle a plusieurs avantages. Déjà elle peut faire office de système de transport à très grande vitesse autour de la Terre. C’est également une station spatiale avec des applications touristique, scientifique et également industrielle. Il est bien plus facile de construire et lancer des fusées depuis un anneau orbital que depuis le sol.

Sphère de Bernal :

La sphère de Bernal fait partie d’une longue liste d’habitat rotatif spatial. Il a été proposé officiellement pour la première fois en 1929 par John Desmond Bernal. L’idée originale était celle d’une sphère de 16 km de diamètre, qui permettrait de loger 20 000 à 30 000 personnes. Cette colonie spatiale servirait de zone résidentielle et d’un complexe de manufacture spatial. La surface externe protège l’habitat des rayons cosmiques et des éruptions solaires. À l’intérieur de la coquille, une sphère interne d’environ un kilomètre de circonférence tourne pour fournir une gravité comparable à celle de la Terre. Les résidences sont situées à l’intérieur de la sphère intérieure. Les plaques légèrement incurvées, disposées en cercle autour de la sphère, constituent une série de miroirs qui amènent la lumière du soleil dans l’habitat à des heures contrôlées pour créer un cycle jour/nuit.

Tore de Standford:

Un autre habitat spatial proposé en 1975 par la NASA implique une structure géométrique appelée un tore. Non, pas celui-là … voilà. Il s’agit donc d’un ou deux Tore(s) qui tournent une fois par minute utilisant la force centrifuge pour fournir une gravité équivalente à celle de la Terre au niveau de l’anneau extérieur. Sa taille lui permettrait d’héberger jusqu’à au moins 10 000 résidents permanents. La lumière du soleil est distribuée sur la surface transparente du Tore par un système de miroirs qui reflète la lumière. Le Tore est connecté à un noyau central grâce à des tuyaux permettant le passage des résidents et des cargos. Ce noyau n’étant pas soumis à la force centrifuge générée par la rotation, les industries nécessitant l’apesanteur peuvent y être installées. De plus, les vaisseaux spatiaux pourront s’ancrer facilement sur ce point.

L’intérieur du tore est utilisé comme espace d’habitation. Sa grande taille permet de simuler un environnement naturel. Cet espace ressemble à une vaste vallée qui se dirige vers le haut, jusqu’à reboucler sur elle-même, avec des parties du tore réservées à l’agriculture, et d’autres aux résidences. Un exemple se trouve dans le film Elysium de Neill Blomkamp.

Cylindre d’O’neill :

Probablement l’habitat rotatif spatial le plus connu proposé par le physicien américain Gerard O’Neill dans son livre Les Villes de l’espace en 1976. Un cylindre O’Neill est composé de deux cylindres à rotation opposée afin de supprimer tout effet gyroscopique qui pourrait empêcher l’orientation vers le Soleil. Chacun aurait un diamètre de 8,0 km et une longueur de 32 km, reliés à chaque extrémité par une tige via un système de roulement. Ils effectueraient une rotation de manière à fournir une gravité artificielle via la force centrifuge sur leurs surfaces intérieures. Chaque cylindre comporte six bandes d’égale surface qui s’étendent sur toute la longueur du cylindre; trois sont des fenêtres transparentes laissant passer la lumière du soleil, trois sont des surfaces habitables “terrestres”. A la fin du film “Interstellar” se trouve une représentation intéressante de cette mégastructure.

Planète artificielle ou super Terre :

Quitte à construire un habitat spatial, pourquoi pas en faire une planète. Une idée serait d’assembler des centaines d’anneaux orbitaux pour former un maillage similaire à un ballon de football. L’ensemble est rempli de gaz pressurisé comme de l’hydrogène ou de l’hélium ce qui ajoute de la masse, et donc de la gravité. Un peu comme pour les géantes gazeuses au final. On peut ensuite ajouter une surface. Le terme shell world (Monde coquille) est également utilisé pour décrire ce type de mégastructure. On peut aussi avoir une variante appelée monde disque qui est, ni plus ni moins que ce que les plateaux ont en tête lorsqu’ils disent que la Terre est plate.

La mégastructure la plus célèbre dans la culture populaire est sans doute l’étoile noire dans Star Wars. Conçu comme une arme de destruction massive capable d’annihiler une planète entière, c’est également une immense base qui abrite plus d’un million d’habitants. Et dans l’épisode 7, on a carrément le droit à une planète artificielle. Dans le guide du voyageur galactique de Douglas Adams, on apprend qu’il existe une industrie dédiée à la création de planètes, et que la Terre elle-même est en faite une construction artificielle servant de super ordinateur géant.

Sphère de Dyson:

On change de registre, et d’échelle avec la sphère de Dyson. Une mégastructure qui englobe complètement une étoile et capte un pourcentage important de sa puissance. C’est une expérience de pensée par Freeman Dyson qui tente d’expliquer comment une civilisation avancée répondrait à ses besoins en énergie une fois que ceux-ci dépasseraient ce qui peut être généré à partir des seules ressources de la planète. Seule une infime fraction des émissions d’énergie d’une étoile atteint la surface d’une planète. La construction de structures entourant une étoile permettrait à une civilisation de récolter beaucoup plus d’énergie. Il existe plusieurs variantes :

• L’anneau de Dyson qui consiste en un simple anneau entourant le soleil. L’anneau lui-même est composé de millions de petits satellites collectant l’énergie, appelé “Essaim de Dyson”.
• Cet essaim de Dyson peut également être arrangé en une bulle de Dyson.
• La coquille de Dyson est une enveloppe solide et uniforme de matière autour de l’étoile. Une telle structure modifierait complètement les émissions de l’étoile centrale et intercepterait 100% de l’énergie de l’étoile. Elle fournirait également une immense surface qui pourrait être rendue habitable.

Cerveau matriochka:

Le concept d’un cerveau matriochka vient de l’idée d’utiliser des sphères de Dyson pour alimenter un énorme ordinateur de la taille d’une étoile. Le terme “cerveau matriochka” fait référence aux poupées russes matriochka. La sphère de Dyson la plus interne puise son énergie directement dans l’étoile qu’elle entoure et dégage de grandes quantités de chaleur perdue lors d’un calcul informatique. La prochaine sphère de Dyson absorberait cette chaleur perdue et l’utiliserait également à des fins de calcul informatique, tout en dégageant elle-même sa chaleur perdue. Cette chaleur serait absorbée par la prochaine sphère, et ainsi de suite, chaque sphère dégageant moins de chaleur que la précédente. Pour cette raison, les cerveaux matriochka avec le plus de sphères de Dyson imbriquées auraient tendance à être plus efficaces, car ils gaspilleraient moins d’énergie thermique. Alors on peut se demander pourquoi une civilisation aurait besoin d’autant de puissance de calcul pour justifier la création d’une telle mégastructure. Et bien pour alimenter des simulations virtuelles indiscernables de la réalité par exemple où les habitants ont numérisé leur conscience et vivent sans limites biologiques dans leurs propres univers virtuels.

Anneau-monde (Ringworld) :

Ringworld, du roman de Larry Niven, est une mégastruture de science-fiction emblématique. Elle est massive: 965,6 millions de kilomètres de circonférence, 1,6 million de kilomètres de large fournissant une quantité inimaginable d’espace de vie à une civilisation. La gravité créée par la rotation de la structure garde ses citoyens et son atmosphère stables sur le bord intérieur de l’anneau, tandis que les cycles de jour et de nuit sont créés avec des carrés qui gravitent autour de la surface. Le jeu Halo, contient un certain nombre de ces mégastructures, chacun d’environ 10 000 km de diamètre, et tournant souvent autour d’une autre planète.

Il existe de nombreux autres types de megastructures complètement folles, et si vous voulez aller plus loin, la chaîne d’Isaac Arthur fait le tour de pas mal d’entre elles. Donc pour les anglophones, aller jeter un oeil.

On pense souvent qu’une civilisation colonisant des systèmes solaires le fait en terraformant des planètes inhospitalière. Mais terraformer une planète est un processus très long, c’est surement moins coûteux en temps, ressource et énergie de bâtir ses propres habitats artificiels, voir même ses propres planètes. Surtout si cette civilisation a accès à la majorité de l’énergie d’une étoile. Et la quantité de ressources disponibles dans le système solaire est faramineuse lorsqu’on prend en compte la ceinture de Kuiper et le nuage d’Oort.

La plupart de ces constructions semblent être impossibles. Mais qui sommes-nous pour limiter ce qu’une civilisation plus avancée est capable d’accomplir ? Il faut se rappeler que si quelque chose n’entre pas en conflit avec les lois de la physique, alors c’est atteignable à condition d’avoir les connaissances requises.