au frontiere de la science

Eliica, la voiture berline électrique la plus rapide du monde, un prototype à huit roues doté d'une vitesse de pointe de 370 kilomètres par heure.

Cette version d'Eliica a été développée par des chercheurs de l'université Keio de Tokyo en collaboration avec des entreprises privées et du gouvernement japonais. Le véhicule possède une accélération lui permettant de passer de zéro à 100km/h en 4,2 secondes et d'atteindre 160 km/h en sept secondes. Chacune des huit roues possède son moteur, alimenté par des batteries ion-lithium.

Eliica a déjà commencé des essais sur route. Ses concepteurs projettent de produire le véhicule en petit nombre pour débuter. Bien que sa commercialisation ne soit prévue que pour dans quelques années, une centaine de clients potentiels seraient déjà intéressés, ceci malgré un prix de vente estimé à un peu plus de 200.000 euros.

La Z-Machine, le plus puissant générateur de rayons X au monde, installé dans le désert du Nouveau-Mexique, est parvenue à créer des plasmas dont la température dépasse les 2 milliards de Kelvins. Ce résultat, aussi incroyable qu'inattendu, soulève de nombreuses interrogations.

D'ordinaire, la Z-Machine fonctionne de la manière suivante : 20 millions d'ampères passent à travers un réseau de fils de tungstène de la largeur d'un cheveu. Dans un noyau, de la taille d'une pelote de laine, les fils se dissolvent instantanément pour engendrer du plasma, qui est ensuite compressé à grande vitesse par un champ magnétique intense, jusqu'à occuper l'épaisseur d'une mine de crayon. Une fois compressés, les ions et les électrons n'ont nulle part où aller (« point de stagnation ») et, comme un bolide lancé à pleine vitesse contre un mur, ils s'arrêtent brusquement en dissipant une quantité considérable d'énergie sous forme de rayons X. Ainsi, la Z Machine avait été conçue pour générer des températures de plusieurs millions de degrés, proches de celles des éruptions solaires.

Mais les scientifiques n'auraient jamais pensé qu'en remplaçant les fils de tungstène par des fils d'acier cylindriques plus larges, ils pourraient atteindre des températures dépassant le milliard de degrés : « Au début, nous ne voulions pas y croire. Nous avons répété maintes fois la manipulation, pour être bien sûrs qu'il ne s'agissait pas d'une erreur », explique le chef de projet Chris Deeney.

Mais alors, que s'est-il vraiment passé dans le laboratoire Sandia ? Dans un article, paru ce mois-ci dans le Physical Review Letters, Malcolm Haines, consultant pour le compte de Sandia, émet l'hypothèse que cette température surprenante est due à l'apparition de nombreuses instabilités au « point de stagnation », qui engendreraient la conversion d'une considérable quantité d'énergie magnétique en énergie thermique, et ce en l'espace de quelques nanosecondes.

Des recherches sont actuellement en cours pour en apprendre plus sur ce phénomène. En tout cas, d'après Malcolm Haines, l'obtention de telles températures pourrait s'avérer très utile : cela faciliterait l'étude des éruptions solaires, et pourrait aussi permettre la construction de centrales nucléaires plus compactes et moins coûteuses.

La chance de détecter des extraterrestres, ou la réévaluation de l'équation de Drake


La recherche d'une forme de vie extraterrestre est devenue un sujet d'actualité parmi la communauté scientifique des astronomes, des biologistes et du grand public en général. Mais peu de personnes se souviennent que ce domaine bien particulier de la recherche scientifique à pris son envol il y a 40 ans.

En 1959, des physiciens publiaient un article dans la revue britannique Nature. Cet article, Searching for Interstellar Communications, débattait de l'idée que des télescopes radio pouvaient devenir suffisamment sensibles de manière à capter les signaux radio d'éventuelles civilisations évoluant autour d'étoiles distantes. Les deux chercheurs suggéraient que de tels messages pourraient être émis sur une longueur d'onde bien particulière, de 21 centimètres (1,420.4 mégahertz). Cette longueur d'onde n'a pas été choisie au hasard. Elle caractérise l'émission de l'hydrogène neutre, l'élément le plus commun dans l'Univers. Il semblait alors aux scientifiques logique que d'autres civilisations avancées utilisent ce point de repère judicieux du spectre radio.

Sept mois plus tard, en avril 1960, le radioastronome Francis Drake devenait la première personne à effectuer une recherche systématique de signaux intelligents en provenance du cosmos. Utilisant le radiotélescope de 25 mètres de diamètre de l'Observatoire National de Radioastronomie de Green Bank, il écouta ainsi "en cachette" deux proches étoiles similaires à notre Soleil, Epsilon Eridani et Tau Ceti. Son projet "Ozma" (d'après le personnage principal du livre "Ozma of Oz", de L. Frank Baum's), était bon marché, simple, mais infructueux.

Francis Drake, convaincu de l'existence d'une forme de vie extraterrestre depuis son enfance dans les années 30 à Chicago, ne pouvait pas s'imaginer que le genre humain soit la seule civilisation peuplant l'Univers. En 1992, il publia un livre "Is Anyone Out There ?"

Après l'expérience d'Ozma, Drake a organisé une assemblée avec un groupe de scientifiques de haut niveau pour débattre des perspectives et des pièges de la recherche d'une forme de vie extraterrestre intelligente (actuellement abrégé en SETI).
En novembre 1961, dix radiotechniciens, astronomes et biologistes se réunirent durant deux jours à Green Bank. Le jeune Carl Sagan était là, tout comme le chimiste de Berkeley Melvin Calvin (qui apprit durant ce meeting qu'il avait reçu le prix Nobel de chimie). C'est en préparant cette réunion que Francis Drake mit au point son équation :

N = R x fp x ne x fl x fi x fc x L

Aujourd'hui, cette chaîne de lettres et de symboles se trouvent sur des Tee-shirts, des timbales et des autocollants. Elle est cependant plus simple qu'il n'y paraît. Cette équation exprime le nombre (N) de civilisations "observables" qui existent dans notre galaxie, la Voie Lactée, comme une simple multiplication de plusieurs éléments qui nous sont inconnus.
R, est le taux d'étoiles naissantes chaque année dans la Voie Lactée
fp, est la fraction de ces étoiles qui possèdent un système solaire
ne, est le nombre moyen de planètes similaires à notre Terre (aptes à abriter une forme de vie)
fl, est le taux des planètes habitables sur lesquelles une forme de vie a pu évoluer
fi, est le taux des planètes où une évolution biologique produit effectivement une forme de vie intelligente
fc, est le taux de ces formes de vie intelligentes capables de communiquer à travers l'Univers
L, est la durée de vie moyenne d'une civilisation capable de communiquer à travers l'Univers (en années).

L'équation de Drake est aussi directe que fascinante. En cassant une grande inconnue en une série de petites, précisant mieux chacun des facteurs, cette formule donne par la même occasion à la recherche SETI une base sérieuse pour l'analyse scientifique des données. Astronomes et biologistes ont bien essayé de résoudre cette énigme, sans jamais y parvenir. A première vue, fournir une bonne estimation de la solution semble assez facile, mais dans la réalité, trouver le nombre de civilisations communiquantes n'est pas si facile que ça. Plusieurs variables ont été affinées au cours des dernières années, mais au moins trois demeurent encore inconnues.
Le taux de formation d'étoiles dans notre Galaxie (R) est approximativement d'une par an. Le facteur suivant, fp est probablement inférieur à 1 : chaque étoile ne peut pas avoir de système de planètes. Par contre, si une étoile abrite effectivement un système planètaire, il semble plausible que deux ou trois de ses planètes et lunes auront de l'eau liquide et seront potentiellement appropriés pour l'émergence de la vie, surtout si le produit de fp et ne est proche de 1.
Les optimistes, soutiennent que la vie se formera partout où elle peut (fl=1), que le cycle de l'évolution énoncé par Darwin favorise finalement l'apparition de l'intelligence (fi=1), et qu'aucune civilisation intelligente ne peut exister longtemps sans découvrir l'électricité et la radio et ressentir le besoin de communiquer. Dans ce cas le plus optimiste, l'équation de Drake aboutit à N=L (c'est-à-dire à la durée de vie moyenne d'une civilisation technologique). si L est égal à 10.000 années, il y aurait en théorie autant de civilisations bavardes dans notre Galaxie ! Cela suppose que cette évolution ne se produit qu'une seule fois durant les milliards d'années de vie d'une planète.
Ce chiffre signifierait qu'il y a une civilisation émettrice pour 40 millions d'étoiles, raison suffisante pour s'orienter vers le ciel et commencer leur recherche. Si ces civilisations ont été dispersés au hasard partout dans la Voie Lactée, la plus proche se situerait probablement à environ 1.000 années-lumière de nous. Une conversation bilatérale nécessiterait un temps égal à une grande partie de l'histoire humaine, mais une émission à sens unique serait très audible.
Cependant, 40 années de recherche SETI ont échoué dans la tentative de trouver quelque chose, et ce malgré que les ouvertures de radiotélescopes, les techniques de réception et les capacités informatiques se soient énormément améliorées depuis le début des années 60. Les paramètres pris en compte dans la traque des signaux radio (les fréquences possibles, les localisations dans le ciel, les puissances de signal, etc) sont tellement larges que nous n'avons pu en explorer qu'une infime partie. Mais nous avons découvert, au moins, que notre galaxie ne grouille pas d'émetteurs puissants étrangers émettant continuellement dans notre direction sur la longueur d'onde de 21 centimètres. Personne ne pouvait dire cela en 1961.
Avons-nous surestimé les valeurs d'uns ou plus des paramètres de l'équation de Drake. La durée de vie moyenne d'une civilisation intelligente est-elle trop courte ? Ou les astronomes ont-ils laissé échapper quelque chose, un paramètre plus subtil ?
Réévaluons l'équation de Drake en analysant chaque terme séparément. R, le nombre d'étoiles engendrées chaque année par la Voie Lactée, est en effet approximativement de 1 (les astronomes en sont tout à fait sûrs). En fait, les astronomes ont récemment déterminé que le taux de formation d'étoiles était beaucoup plus élevé il y a plusieurs milliards d'années et que celles susceptibles d'abriter dans leur système planétaire une vie intelligente sont nées à ce moment-là. Donc une valeur de R=3 ou 5 pourrait être plus réaliste.
Cependant, astronomes et biologistes sont beaucoup moins certains des termes suivants dans l'équation.

La plupart des vaisseaux spatiaux des histoires de science-fiction utilise l'antimatière comme moyen de propulsion pour une bonne raison: c'est le combustible le plus efficace. Là où des tonnes de combustible chimique seraient nécessaires pour propulser une mission habitée vers Mars, seuls quelques dizaines de milligrammes d'antimatière suffiraient.

Dans la réalité, cependant, cette puissance a un prix. Certaines réactions induites par l'utilisation de l'antimatière produisent des rayons gamma de haute énergie. Les rayons gamma pénètrent la matière et brisent les molécules des cellules vivantes. Ceux de grande énergie peuvent également rendre radioactifs les moteurs en fragmentant les atomes des matériaux dont ils sont constitués.

L'Institut des Concepts Avancés de la NASA (le NIAC) a constitué une équipe de chercheurs pour travailler sur une nouvelle conception de vaisseau spatial propulsé par l'antimatière qui permette d'éviter ces fâcheux effets secondaires en produisant des rayons gamma beaucoup moins énergétiques.

On surnomme parfois l'antimatière l'image miroir de la matière normale parce que, tout en lui ressemblant parfaitement, certaines de ses propriétés sont inversées. Par exemple, alors que les électrons normaux ont une charge électrique négative, les anti-électrons ont une charge positive, les scientifiques les appelant pour cela les "positrons". Quand l'antimatière rencontre la matière normale, les deux s'annihilent dans un violent flash d'énergie. C'est cette transformation totale en énergie qui rend l'antimatière si puissante. Même les plus fortes réactions nucléaires en sont très éloignées, avec seulement quelques trois pour cent de la masse des produits convertie en énergie.

Des conceptions antérieures d'un vaisseau spatial propulsé par antimatière utilisaient des antiprotons, qui produisent des rayons gamma de grande énergie quand ils s'annihilent. La nouvelle étude se base sur les positrons, qui génèrent des rayons gamma 400 fois moins énergétiques.

L'étude actuelle du NIAC est une analyse préliminaire des possibilités de concrétisation du concept. Si sa réalisation apparaît envisageable, et si des fonds sont disponibles pour développer avec succès la technologie, un vaisseau spatial propulsé par des positrons présenterait certains avantages par rapport aux projets existants pour une mission humaine vers Mars, appelée la "Mission de Référence Martienne".

"L'avantage le plus significatif est l'accroissement de la sécurité" indique le Dr. Gerald Smith, de Positronics Research à Santa Fe au Nouveau-Mexique. La Mission de Référence nécessite un réacteur nucléaire pour propulser le vaisseau spatial jusqu'à Mars. La propulsion nucléaire raccourcit le temps du trajet, augmentant la sécurité pour l'équipage en réduisant son exposition aux rayons cosmiques. En outre, un vaisseau spatial à moteur chimique a une masse bien plus élevée et est bien plus coûteux au lancement. Enfin, le réacteur fournit une puissance suffisante pour une mission de trois ans. Mais les réacteurs nucléaires sont complexes, et beaucoup de choses pourraient éventuellement mal tourner durant la mission. "Le réacteur à positrons offre les mêmes avantages tout en restant relativement simple", remarque Smith.

De plus, les réacteurs nucléaires restent radioactifs même après avoir consommé tout leur combustible. Une fois le vaisseau spatial rendu sur place, la Mission de Référence prévoit de diriger le réacteur sur une orbite qui ne rencontrera pas la Terre pendant au moins un million d'années, quand le rayonnement résiduel sera réduit à des niveaux sûrs. En revanche, il n'y a aucun rayonnement supplémentaire dans un réacteur à positrons quand son combustible est épuisé, de telle sorte qu'il n'y aurait aucun problème particulier si celui-ci devait accidentellement rentrer dans l'atmosphère de la Terre, selon l'équipe des chercheurs.

Ce réacteur est également plus sûr au lancement. Si un lanceur portant un réacteur nucléaire devait exploser, des particules radioactives pourraient se disséminer dans l'atmosphère. "Le vaisseau spatial à positrons émettrait un flash de rayons gamma s'il explosait, mais ceux-ci s'évanouiraient en un instant. Aucune particule radioactive ne viendrait à dériver au vent. Le flash se produirait également dans une zone relativement petite. La zone dangereuse serait d'environ un kilomètre autour du vaisseau spatial. Une grande fusée standard propulsée chimiquement possède une zone dangereuse de taille à peu près identique, à cause de l'énorme boule de feu qui résulterait de son explosion", explique Smith.

Un autre avantage significatif est la vitesse. Le vaisseau spatial de la Mission de Référence emmènerait les astronautes sur Mars en à peu près 180 jours. "Nos concepts pourraient réduire ce temps de moitié voire au quart", indique Kirby Meyer, ingénieur chez Positronics Research .

Les moteurs avancés réalisent cela par la combustion à chaud, qui augmente leur rendement ou leur "impulsion spécifique" (Isp). L'Isp représente les "kilomètres au litre" des fusées: plus l'Isp est élevée, plus la distance parcourue est grande avant l'épuisement du carburant. Les meilleures fusées chimiques, comme le moteur principal de la navette spatiale, peuvent brûler pendant environ 450 secondes. Un réacteur nucléaire à positrons peut tenir plus de 900 secondes. Le moteur "ablatif", qui se vaporise lui-même lentement pour produire la poussée, pourrait tenir 5000 secondes.

Un des défis existants pour qu'un vaisseau spatial à positron devienne une réalité est le coût de production de ces derniers. En raison de son effet spectaculaire sur la matière normale, les particules d'antimatière sont évidemment très rares ! Dans l'espace, elles sont produites par des collisions à grande vitesse de particules (les rayons cosmiques). Sur Terre, elles doivent être produites dans des accélérateurs de particules, ces immenses machines qui fracassent les atomes les uns contre les autres et qui sont habituellement utilisées pour découvrir les secrets de l'univers à un niveau fondamental. Mais ces machines peuvent être envisagées comme des usines de production d'antimatière.

"Une évaluation grossière pour produire les 10 milligrammes de positrons requis pour une mission vers Mars est environ de 250 millions de dollars en utilisant des technologies actuellement en cours de développement", signale Smith. Ce coût peut sembler élevé, mais il faut considérer en regard le surcoût induit pour lancer une fusée chimique plus lourde (les coûts actuels de lancement sont d'environ 20.000 dollars par kg) ou le coût pour remplir de combustible et pour assurer la sécurité d'un réacteur nucléaire. "En se basant sur l'expérience de la technologie nucléaire, il semble raisonnable de s'attendre à ce que le coût de production des positrons diminue avec l'accroissement des recherches", ajoute le chercheur.

Un autre défi est le stockage des positrons dans un espace réduit. Comme ils annihilent la matière normale, on ne peut pas simplement "les mettre en bouteille". Au lieu de cela, ils doivent être confinés à l'aide de champs électriques et magnétiques. "Nous pensons avec confiance, que par un programme dédié de recherches et de développement, ces défis peuvent être surmontés", indique Smith.

S'il en est ainsi, il est possible que les premiers êtres humains qui atteindront Mars le fassent à bord de vaisseaux spatiaux propulsés par la même source d'énergie que celle des spationefs de science-fiction.

UQM technologie, un spécialiste des technologies hybrides et de l'énergie alternative, a annoncé que l'armée américaine avait récemment commencé les tests de deux nouveaux véhicules autonomes de combat.

Nommés "Crusher", "Broyeur" en français, ces deux véhicules autonomes hybrides sont alimentés uniquement à l'aide d'électricité. Pesant plus de 6 tonnes, ils ont été développés et construit par une équipe d'ingénieurs dirigée par le National Robotics Engineering Center, une unité de l'institut robotique de l'université de Carnegie Mellon.

Ces deux véhicules autonomes de combat UGCV (pour Unmanned Ground Combat Vehicles) ne sont rien d'autre qu'une version améliorée du "Spinner", un autre véhicule autonome de 8.5 tonnes qui avait été testé par l'armée américaine trois ans auparavant.

"Crusher", cet énorme véhicule à 6 roues peut évoluer sur n'importe quel terrain sans jamais être gêné dans sa progression. Car comme son nom l'indique, il aplatit tout sur son passage, et contrairement à votre voiture ou à un char d'assaut, même renversé, il continue à rouler sur le dos sans aucune difficulté.

Ce prototype démontre à quel point l'armée américaine est à la pointe de la technologie, il ne fait que s'ajouter aux multiples innovations dont l'U.S army équipera bientôt ses troupes.