Le Venture Star d’Avatar

Le vaisseau spatial du film de James Cameron est bien moins fantaisiste qu’en apparence et aborde même de façon plausible plusieurs problèmes posés par les voyages interstellaires.

 

Dans le film Avatar (qui a pulvérisé les records du box-office mondial), l’ISV Venture Star peut accomplir un trajet de plusieurs années-lumière. Crédit : Fox/Lightstorm

Bien qu’il ait siégé 3 ans au NASA Advisory Council, James Cameron ne prétend pas avoir créé une oeuvre scientifiquement inattaquable avec Avatar. Le réalisateur canadien vise en effet la création d’une fiction plausible à laquelle le grand public puisse adhérer sans se dire chaque seconde : «ce truc ne peut pas fonctionner»... Pourtant, l’élément le plus extraordinaire de son film, le vaisseau Venture Star capable de quitter le système solaire, s’avère basé sur une réflexion très aboutie et se permet même quelques références astronautiques marquées !

Alpha Centauri : proche et loin à la fois
Avec son look étonnant, l’ISV (InterStellar Vehicle, véhicule interstellaire) Venture Star aperçu au début d’Avatar semble essentiellement dicté par le design et la volonté d’impressionner le spectateur. En fait, il s’inspire des travaux du scientifique (parfois controversé) Charles Pellegrino qui est d’ailleurs consultant sur cette superproduction hollywoodienne. Selon celui-ci, il est en effet possible de concevoir un engin capable de rallier les systèmes stellaires peu éloignés. Et on remarquera que l’action d’Avatar se situe sur Pandora, lune d’une planète géante gazeuse qui orbite autour d’Alpha Centauri, une des étoiles les plus proches de la Terre. La vidéo de promotion d’Avatar ci-dessous présente Pandora en prenant la forme d’un petit documentaire scientifique.



Proche, Alpha Centauri l’est, mais au sens astronomique puisqu’on parle tout de même ici de 4,4 années-lumière de distance ce qui signifie en clair que la lumière met presque 4 ans et demi à faire le trajet à la vitesse de 300 000 kilomètres par seconde ! James Cameron aurait pu dès lors choisir la facilité et recourir à l’hyperespace comme dans les sagas Star Trek ou Star Wars, et imaginer des engins capables d’aller plus vite que la lumière en se projetant dans une autre dimension grâce à une physique qui n’existe pas encore. Tel n’est pas le cas avec le Venture Star, un vaisseau qui s’approche de la vitesse de la lumière (70 à 90 %) sans jamais la dépasser et qui reste donc dans les règles établies par Albert Einstein. Comme nous l’avons dit, ce véhicule interstellaire reprend les principes d’une étude de Charles Pellegrino, et plus exactement le concept Valkyrie.

Un vaisseau de SF plausible
Désireux de présenter un engin qui «tienne la route», les concepteurs de l’ISV Venture Star d’Avatar ne se sont donc pas contentés d’empiler des modules pour obtenir un effet esthétique, mais ont suivi d’assez prêt le design général du concept Valkyrie. Le vaisseau est impressionnant avec une longueur totale de 1,5 km (le scénario original de James Cameron tablait toutefois sur la moitié d’un mile, soit 800 m) et son bloc propulsion est apparemment placé à l’avant.

Les éléments principaux du Venture Star. Un design inspiré par des réflexions sur la réalité des voyages interstellaires. A : mat de déploiement de la voile (ici repliée, car utilisée lors du départ depuis la Terre). B : radiateurs pour le refroidissement. C : sphères contenant le «carburant» (hydrogène et antihydrogène). D : tuyères des moteurs matière-antimatière. E : poutre centrale. F : compartiments cargo et port d’amarrage des deux navettes. G : modules de transport des passagers en cryosommeil et quartiers d’habitation de l’équipage. H : miroir-bouclier. Crédit : Fox/Lightstorm - Enjoy Space

Les imposantes sphères contiennent le «carburant», à savoir de l’hydrogène et de l’antihydrogène, ce dernier étant confiné dans des champs magnétiques. Sans cette précaution, l’antihydrogène s’annihilerait avec la matière de la paroi des réservoirs en dégageant une énorme quantité d’énergie. C’est ce qu’on fait en revanche volontairement en le mélangeant avec l’hydrogène, mais cette fois-ci au sein des propulseurs prévus à cet effet (voir le schéma ci-dessus) et qui présentent un léger angle par rapport à l’axe du vaisseau. Un angle qui permet d’éloigner le jet au niveau des compartiments cargo et passagers sans quoi chaleur et radiations seraient excessives. Le même souci explique pourquoi ces compartiments sont situés au bout d’une poutre faite d’un enchevêtrement de pylônes en nanotubes de carbone (matériau léger et très résistant dont on fabrique quelques grammes en laboratoire) et sur laquelle nous allons revenir. En effet, trop près de la partie propulsion, les passagers ne survivraient pas aux radiations et le bouclier nécessaire pour les protéger représenterait une masse inerte trop imposante. Penchons-nous aussi sur les impressionants rectangles rougeoyants : ce sont des radiateurs, chargés de dissiper dans l’espace l’intense chaleur générée par la réaction matière-antimatière. Ils gardent d’ailleurs leur coloration plusieurs semaines après l’arrêt de la propulsion principale !

Embarquez à bord
Pour en savoir plus, nous allons imaginer un voyage à bord du Venture Star. Les personnes transportées sont plongées dans un cryosommeil, leur corps maintenu en vie suspendue grâce à des températures très basses. L’utilité du procédé est évidente : éviter d’emporter la nourriture et les quartiers d’habitation indispensables aux 200 passagers pendant plusieurs années, ce qui se traduirait par une masse trop importante ! La masse totale des systèmes dédiés au cryosommeil étant dans cette hypothèse largement inférieure. Toutefois, quelques astronautes restent éveillées pendant le voyage pour assurer surveillance et interventions éventuelles. Cet équipage vit dans des modules placés au bout de 2 bras en rotation afin de leur fournir une pesanteur artificielle.

Les passagers du Venture Star sont placés en cryosommeil pendant le trajet afin d’éviter la lourde masse associée aux quartiers de vie et aux vivres nécessaires à 200 personnes pendant les 6 ans que dure le voyage. Crédit : Fox/Lightstorm

Au départ de la Terre, le Venture Star déploie une voile depuis son mat central. Extrêmement fine et d’un diamètre de 16 km, elle est «bombardée» par plusieurs stations laser (sur Terre ou sur orbite). Le grand «miroir» à l’arrière du Venture Star le protège contre les faisceaux laser. À ce stade, les moteurs matière-antimatière ne fonctionnent pas et les compartiments de l’équipage éveillé ne sont pas en rotation au bout des bras. Ces derniers sont repliés le long de l’axe du Venture Star, la pesanteur artificielle étant fournie par l’accélération constante du vaisseau (environ 1,5 g) qui finira par atteindre 70 % de la vitesse de la lumière. On remarquera que la grande poutre, sorte de «colonne vertébrale», est conçue pour n’être résistante qu’en tension afin, à nouveau, de réaliser de substantielles économies de masse inerte. Ce départ tracté par une voile respecte donc ce principe.
Lorsque le Venture Star file à sa vitesse de croisière (210 000 km/s), la voile est repliée et l’engin se retourne à 180° afin que son miroir soit à l’avant et joue cette fois-ci le rôle de bouclier contre d'éventuelles collisions. Car à une telle vitesse le moindre grain de poussière causerait des dégâts irréparables. Le miroir-bouclier complète un complexe dispositif de protection basé sur un champ magnétique chargé de dévier les particules les plus petites, un autre bouclier projeté en avant une fois la vitesse de croisière atteinte et qui reste donc toujours devant sur sa lancée, ou encore des armes laser qui peuvent viser et détruire des obstacles impossibles à contourner par des manoeuvres de navigation. Enfin, l’équipage responsable de la surveillance du voyage profite d’une pesanteur artificielle puisque cette fois-ci les bras au bout desquels sont attachés leurs quartiers de vie se sont déployés et mis en rotation.

Le Venture Star vu du côté des compartiments passagers. A : une des deux tuyères des moteurs matière-antimatière. B : sphères contenant le «carburant» (hydrogène et antihydrogène). C : compartiments cargo. D : une des deux navettes Valkyrie accolées à son port d’amarrage. E : compartiments passagers. F : bras au bout desquels sont placés les quartiers de l’équipage. G : articulations permettant de replier les bras afin de poster les quartiers de l’équipage le long de l’axe du vaisseau (phases d’accélération et de décélération). Crédit : Fox/Lightstorm - Enjoy Space

Terminus : Alpha Centauri
Quelques années plus tard et voguant dans le système d’Alpha Centauri, le Venture Star doit «freiner»... Mais cette décélération ne risquerait-elle pas de détruire la poutre évoquée plus haut et qui ne résiste qu’à la tension ? Non, car n’oubliez pas que le vaisseau s’est retourné à 180° une fois sa vitesse de croisière atteinte ! Donc, lorsque les moteurs matière-antimatière sont activés, ils vont en fait retenir le reste du croiseur interstellaire provoquant une traction inverse qui tendra la poutre. Les bras tenant les quartiers d’habitation de l’équipage ont cessé leur rotation et se sont repliés le long de l’axe du vaisseau : la décélération fournit alors la pesanteur artificielle. Les ajustements de navigation pour se satelliser autour de Pandora feront appel à des moteurs de manoeuvre à fusion.
Il faut enfin franchir une dernière étape pour rejoindre le sol de ce monde lointain. Un immense engin comme le Venture Star ne peut y parvenir et cette tâche est dévolue à deux navettes embarquées chargées de faire les aller-retour nécessaires. On notera que ces véhicules transatmosphériques sont nommés Valkyrie dans le film... Valkyrie ? Oui, comme le nom du concept de vaisseau interstellaire de Charles Pellegrino dont le Venture Star s’inspire.

Le Venture Star n’est pas conçu pour se poser sur une planète : il emporte donc deux navettes dites «Valkyrie» chargées d’accomplir les aller-retour vers la surface de Pandora. Crédit : Fox/Lightstorm

 
Le Venture Star a existé !
Il ne s’agit pas toutefois de l’unique clin d’oeil que James Cameron adresse aux projets spatiaux. Le nom de l’ISV Venture Star est à lui seul une référence directe à une étude de la firme Lockheed Martin pour la NASA ! L’ambition était de mettre au point une navette spatiale totalement autonome qui aurait atteint l’orbite sans fusées d’appoint. Les ingénieurs espéraient aussi baisser le coût de l’accès à l’espace d’un facteur 10 tout en offrant un niveau de sécurité égal à celui du transport aérien. En dépit de plus de 1 milliard de dollars investis dans des recherches et la préparation d’un prototype à échelle réduite dénommé X-33, le programme se trouva dans des impasses techniques et fut abandonné en 2001. Le Venture Star a donc existé à l’état de projet, de nombreuses illustrations de l'agence américaine le présentant même comme l’avenir incontournable des vols habités.

Le véritable Venture Star ! Un projet de la NASA et de Lockheed Martin qui devait aboutir à la réalisation de navettes totalement autonomes capables d’emporter plusieurs astronautes et 20 tonnes de charge utile. Crédit : NASA

Son homonyme fictionnel dans Avatar, lui, met en image une réflexion plutôt approfondie de la problématique des vols interstellaires comme nous venons de le voir. Le concept de Charles Pellegrino n’est cependant pas le seul et d’autres scientifiques et ingénieurs se sont penchés sur ce qu’il faudrait faire (et affronter comme difficultés) pour donner à notre civilisation la capacité de voyager vers des planètes situées autour des étoiles les plus proches.

L’astronaute et scientifique Franklin Chang-Diaz travaille depuis plusieurs années sur un prototype de moteur plasmique baptisé VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket). Avec une source d’énergie électrique suffisamment puissante (petite centrale nucléaire par exemple), un tel mode de propulsion permettrait d’accomplir le trajet Terre-Mars en seulement 39 jours au lieu de plus de 6 mois avec les technologies actuelles. Ce type de recherche témoigne des efforts concrets menés pour donner à l’humanité une réelle capacité de voyage interplanétaire, première étape avant de viser d’autres systèmes stellaires. Crédit : NASA

Leurs solutions ne sont d’ailleurs pas forcément les mêmes, mais toutes butent sur le même double écueil : le mode de propulsion et l’énergie nécessaire. Les technologies actuellement employées dans les fusées s’avèrent en effet totalement inadéquates et c’est pourquoi des prospectives très futuristes comme l’emploi de la matière-antimatière sont au coeur des multiples réflexions menées. Hélas, tout ceci peut surtout ressembler à des chimères qui ne franchiront jamais le stade du dessin ou du film de SF, signifiant que l’humanité restera à jamais prisonnière de son système solaire voire même de son monde d’origine... Hypothèse que certains scientifiques, tel Donald Brownlee dans son livre Rare Earth (Vie et mort de la planète Terre), envisagent et démontrent très sérieusement ! Mais après tout, Christophe Colomb aurait-il imaginé qu’un jour sa dangereuse traversée de l’Atlantique s’accomplirait en seulement quelques heures en volant à plusieurs milliers de mètres au dessus des flots ? Certainement pas. Et pourtant...

Publié le 17 février 2010