Depuis la naissance de l’ère spatiale, le rêve de faire un tour dans un autre système solaire a été entravé par la « tyrannie de l’équation de la fusée », qui fixe des limites strictes à la vitesse et à la taille des vaisseaux spatiaux que nous lançons dans le cosmos. Même avec les moteurs de fusée les plus puissants d’aujourd’hui, les scientifiques estiment qu’il faudrait 50 000 ans pour atteindre notre voisin interstellaire le plus proche, Alpha Centauri. Si les humains espèrent un jour voir un lever de soleil extraterrestre, les temps de transit devront diminuer de manière significative.
Parmi les concepts de propulsion avancés qui pourraient théoriquement y parvenir, peu ont suscité autant d’enthousiasme – et de controverses – que l’EmDrive. Décrit pour la première fois il y a près de deux décennies, l’EmDrive fonctionne en convertissant l’électricité en micro-ondes et en canalisant ce rayonnement électromagnétique à travers une chambre conique. En théorie, les micro-ondes peuvent exercer une force contre les parois de la chambre pour produire une poussée suffisante pour propulser un vaisseau spatial une fois dans l’espace. Pour l’instant, cependant, l’EmDrive n’est qu’un prototype de laboratoire et on ne sait pas encore s’il est capable de produire une poussée. Si c’est le cas, les forces qu’il génère ne sont pas assez fortes pour être enregistrées à l’œil nu, et encore moins pour propulser un engin spatial.
Au cours des dernières années, cependant, une poignée d’équipes de recherche, dont une de la NASA, affirment avoir réussi à produire une poussée avec un EmDrive. Si cela s’avérait vrai, il s’agirait de l’une des plus grandes percées de l’histoire de l’exploration spatiale. Le problème est que la poussée observée dans ces expériences est si faible qu’il est difficile de dire si elle est réelle.
La résolution réside dans la conception d’un outil capable de mesurer ces quantités minuscules de poussée. Une équipe de physiciens de la Technische Universität Dresden (Allemagne) a donc entrepris de créer un dispositif qui répondrait à ce besoin. Dirigé par le physicien Martin Tajmar, le projet SpaceDrive vise à créer un instrument si sensible et si peu sensible aux interférences qu’il mettrait fin au débat une fois pour toutes. En octobre, Tajmar et son équipe ont présenté leur deuxième série de mesures expérimentales EmDrive au Congrès international d’astronautique, et leurs résultats seront publiés dans Acta Astronautica en août prochain. Sur la base des résultats de ces expériences, Tajmar affirme qu’une résolution de la saga EmDrive pourrait n’être que dans quelques mois.
De nombreux scientifiques et ingénieurs rejettent l’EmDrive car il semble violer les lois de la physique. Les micro-ondes qui poussent sur les parois d’une chambre EmDrive semblent générer une poussée ex nihilo, ce qui va à l’encontre de la conservation de la quantité de mouvement – c’est toute action et aucune réaction. Les partisans d’EmDrive, à leur tour, ont fait appel à des interprétations marginales de la mécanique quantique pour expliquer comment EmDrive pourrait fonctionner sans violer la physique newtonienne. « Du point de vue de la théorie, personne ne prend cela au sérieux », déclare Tajmar. Si l’EmDrive est capable de produire une poussée, comme l’ont affirmé certains groupes, il affirme qu’ils n’ont « aucune idée de l’origine de cette poussée ». Lorsqu’il existe une faille théorique de cette ampleur dans la science, Tajmar ne voit qu’une seule façon de la combler : l’expérimentation.
Fin 2016, Tajmar et 25 autres physiciens se sont réunis à Estes Park, dans le Colorado, pour la première conférence consacrée à l’EmDrive et aux systèmes de propulsion exotiques connexes. L’une des présentations les plus passionnantes a été donnée par Paul March, un physicien du laboratoire Eagleworks de la NASA, où lui et son collègue Harold White avaient testé divers prototypes EmDrive. D’après la présentation de March et un article publié par la suite dans le Journal of Propulsion and Power, lui et White ont observé plusieurs dizaines de micro-newtons de poussée dans leur prototype EmDrive. (À titre de comparaison, un seul moteur Merlin de SpaceX produit environ 845 000 newtons de poussée au niveau de la mer). Le problème pour Harold et White, cependant, était que leur dispositif expérimental permettait plusieurs sources d’interférence, de sorte qu’ils ne pouvaient pas dire avec certitude si ce qu’ils observaient était une poussée.
Tajmar et le groupe de Dresde ont utilisé une réplique proche du prototype EmDrive utilisé par Harold et White lors de leurs tests à la NASA. Il s’agit d’un tronc de cuivre – un cône dont le sommet a été coupé – d’un peu moins d’un mètre de long. Cette conception remonte à l’ingénieur Roger Shawyer, qui a décrit pour la première fois l’EmDrive en 2001. Lors des tests, le cône EmDrive est placé dans une chambre à vide. À l’extérieur de la chambre, un dispositif génère un signal micro-ondes qui est relayé, à l’aide de câbles coaxiaux, vers des antennes situées à l’intérieur du cône.
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Ce n’est pas la première fois que l’équipe de Dresde cherche à mesurer des quantités de force presque imperceptibles. Ils ont construit des engins similaires pour leurs travaux sur les propulseurs ioniques, qui sont utilisés pour positionner précisément les satellites dans l’espace. Ces propulseurs de l’ordre du micro-newton sont ceux qui ont été utilisés par la mission LISA Pathfinder, qui a besoin d’une capacité de positionnement extrêmement précise pour détecter des phénomènes ténus comme les ondes gravitationnelles. Mais pour étudier l’EmDrive et les systèmes de propulsion sans propulseur similaires, il fallait, selon Tajmar, une résolution de l’ordre du nano-newton.
Leur approche consistait à utiliser une balance de torsion, une balance de type pendulaire qui mesure la quantité de couple appliquée à l’axe du pendule. Une version moins sensible de cette balance a également été utilisée par l’équipe de la NASA lorsqu’elle pensait que son EmDrive produisait une poussée. Pour évaluer avec précision la petite quantité de force, l’équipe de Dresde a utilisé un interféromètre laser pour mesurer le déplacement physique des balances produit par l’EmDrive. Selon Tajmar, leur balance de torsion a une résolution de l’ordre du nano-newton et supporte des propulseurs pesant plusieurs livres, ce qui en fait la balance de poussée la plus sensible qui existe.
Mais une balance de poussée vraiment sensible n’est pas très utile à moins que vous puissiez également déterminer si la force détectée est en fait une poussée et non un artefact d’interférences extérieures. Et il y a beaucoup d’autres explications possibles pour les observations de Harold et White. Pour déterminer si un EmDrive produit réellement une poussée, les chercheurs doivent pouvoir protéger le dispositif des interférences causées par les pôles magnétiques de la Terre, les vibrations sismiques de l’environnement et la dilatation thermique de l’EmDrive due à l’échauffement par les micro-ondes.
Les modifications apportées à la conception de la balance de torsion – pour mieux contrôler l’alimentation électrique de l’EmDrive et le protéger des champs magnétiques – ont permis de régler certains des problèmes d’interférence, explique Tajmar. Un problème plus difficile à résoudre était celui de la « dérive thermique ». Lorsque l’EmDrive est alimenté en électricité, le cône de cuivre s’échauffe et se dilate, ce qui déplace son centre de gravité juste assez pour que la balance de torsion enregistre une force qui peut être confondue avec une poussée. Tajmar et son équipe espéraient que le changement d’orientation du propulseur aiderait à résoudre ce problème.
Au cours des 55 expériences, Tajmar et ses collègues ont enregistré une moyenne de 3,4 micro-newtons de force de la part de l’EmDrive, ce qui est très similaire à ce que l’équipe de la NASA a trouvé. Hélas, ces forces ne semblent pas avoir passé le test de la dérive thermique. Les forces observées dans les données indiquaient davantage une expansion thermique qu’une poussée.
Tout espoir n’est pas perdu pour l’EmDrive, cependant. Tajmar et ses collègues développent également deux autres types de balances de poussée, dont une balance supraconductrice qui permettra, entre autres, d’éliminer les faux positifs produits par la dérive thermique. S’ils détectent la force d’un EmDrive sur ces balances, il y a une forte probabilité qu’il s’agisse réellement d’une poussée. Mais si aucune force n’est enregistrée sur ces balances, cela signifie probablement que toutes les observations précédentes de poussée de l’EmDrive étaient des faux positifs. Tajmar dit qu’il espère avoir un verdict final d’ici la fin de l’année.
Mais même un résultat négatif de ce travail pourrait ne pas tuer l’EmDrive pour de bon. Il existe de nombreuses autres conceptions de propulsion sans propulsion à poursuivre. Et si les scientifiques développent un jour de nouvelles formes de propulsion faible, les balances de poussée hypersensibles développées par Tajmar et l’équipe de Dresde joueront presque certainement un rôle dans le tri entre la science factuelle et la science-fiction.
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