L'humanité a longtemps rêvé d'envoyer des humains sur d'autres planètes, avant même que les vols spatiaux avec équipage ne deviennent une réalité. Et avec la découverte de milliers d'exoplanètes au cours des dernières décennies, en particulier ceux qui orbitent dans les systèmes stellaires voisins (comme Proxima b), ce rêve semble plus proche que jamais de devenir réalité. Mais bien sûr, beaucoup de défis techniques doivent être surmontés avant que nous puissions espérer monter une telle mission.

En outre, il faut répondre à beaucoup de questions. Par exemple, quel type de vaisseau devons-nous envoyer à Proxima b ou à d'autres exoplanètes proches ? Et combien de personnes aurions-nous besoin de placer à bord de ce navire ? Cette dernière question a fait l'objet d'un article récent rédigé par une équipe de chercheurs français qui a calculé le nombre minimal de personnes nécessaires pour s'assurer qu'un équipage multigénérationnel en bonne santé puisse faire le voyage jusqu'à Proxima b.

L'étude, intitulé « Calcul de l'équipage minimal pour un voyage spatial multigénérationnel vers Proxima Centauri b », récemment paru en ligne et sera bientôt publié dans le Journal of the British Interplanetary Society. Elle a été menée par le Dr Frédéric Marin, un astrophysicien de l'Observatoire astronomique de Strasbourg, et Dr Camille Beluffi, un physicien des particules travaillant avec la start-up scientifique Casc4de.

Leur étude était la deuxième d'une série d'articles qui tentent d'évaluer la viabilité d'un voyage interstellaire vers Proxima b. La première étude, intitulé « HERITAGE :un code Monte Carlo pour évaluer la viabilité des voyages interstellaires à l'aide d'un équipage multi-générationnel, " a également été publié dans le numéro d'août 2017 du Journal of the British Interplanetary Society.

Le Dr Marin et le Dr Beluffi commencent leur dernière étude en examinant les différents concepts qui ont été proposés pour effectuer un voyage interstellaire - dont beaucoup ont été explorés dans un article précédent de l'UT, "Combien de temps faudrait-il pour se rendre à l'étoile la plus proche ?". Il s'agit notamment des approches plus traditionnelles, comme la propulsion par impulsion nucléaire (c'est-à-dire le projet Orion) et les fusées à fusion (c'est-à-dire le projet Daedalus), et aussi le concept plus moderne de Breakthrough Starshot.

Cependant, de telles missions sont encore lointaines et/ou n'impliquent pas de vols spatiaux en équipage (ce qui est le cas de Starshot). En tant que tel, Le Dr Marin et le Dr Beluffi ont également pris en compte les missions qui seront lancées dans les années à venir comme Parker Solar Probe de la NASA. Cette sonde atteindra des vitesses orbitales record allant jusqu'à 724, 205 km/h, ce qui équivaut à environ 200 km/s (ou 0,067% de la vitesse de la lumière).

Comme le Dr Marin l'a dit à Universe Today par e-mail :

« Cela repose purement et entièrement sur la technologie disponible au moment de la mission. Si nous devions créer un vaisseau spatial dès maintenant, nous ne pouvions atteindre qu'environ 200 km/s, ce qui se traduit par 6300 ans de voyage. Bien sûr, la technologie s'améliore avec le temps et au moment où un véritable projet interstellaire sera créé, on peut s'attendre à avoir amélioré la durée d'un ordre de grandeur, soit 630 ans. C'est spéculatif car la technologie n'a pas encore été inventée."

Une fois leur référence de vitesse et de temps de trajet établie – 200 km/s et 6 300 ans – le Dr Marin et le Dr Beluffi ont alors entrepris de déterminer le nombre minimum de personnes nécessaires pour s'assurer qu'un équipage en bonne santé arrive à Proxima b. Pour faire ça, la paire a mené une série de simulations de Monte Carlo en utilisant un nouveau code créé par le Dr Marin lui-même. Cette technique mathématique prend en compte les événements aléatoires dans la prise de décision pour produire des distributions de résultats possibles.

"Nous utilisons un nouveau logiciel numérique que j'ai créé, " dit le Dr Marin. " Il est nommé PATRIMOINE, voir le premier article de la série. Il s'agit d'un code Monte Carlo stochastique qui tient compte de tous les résultats possibles des simulations spatiales en testant chaque scénario aléatoire pour la procréation, vie et mort. En bouclant la simulation des milliers de fois, nous obtenons des valeurs statistiques représentatives d'un voyage spatial réel pour un équipage multigénérationnel. Le code prend en compte autant de facteurs biologiques que possible et est actuellement en cours de développement pour inclure de plus en plus de physique. »

Ces facteurs biologiques incluent des choses comme le nombre de femmes par rapport aux hommes, leurs âges respectifs, espérance de vie, taux de fécondité, taux de natalité, et combien de temps l'équipage aurait à se reproduire. Il a également pris en compte certaines possibilités extrêmes, qui comprenait des accidents, catastrophes, événements catastrophiques, et le nombre de membres d'équipage susceptibles d'être affectés par celles-ci.

Ils ont ensuite fait la moyenne des résultats de ces simulations sur 100 voyages interstellaires sur la base de ces différents facteurs et différentes valeurs pour déterminer la taille de l'équipage minimum. À la fin, Le Dr Marin et le Dr Beluffi ont conclu que dans des conditions conservatrices, un minimum de 98 membres d'équipage serait nécessaire pour effectuer un voyage multigénérationnel vers le système stellaire le plus proche avec une exoplanète potentiellement habitable.

Moins que ça, et la probabilité de succès diminuerait considérablement. Par exemple, avec un équipage initial de 32 personnes, leurs simulations indiquaient que les chances de succès atteindraient 0%, en grande partie parce qu'une si petite communauté rendrait la consanguinité inévitable. Alors que cet équipage pourrait éventuellement arriver à Proxima b, ils ne seraient pas un équipage génétiquement sain, et donc pas une très bonne façon de démarrer une colonie ! Comme l'a expliqué le Dr Marin :

"Nos simulations nous permettent de prédire avec une grande précision la taille minimale de l'équipage initial qui partira pour des voyages spatiaux de plusieurs siècles. En permettant à l'équipage d'évoluer selon une liste de principes d'ingénierie sociale adaptative (à savoir, évaluations annuelles du parc de navires, restrictions sur la progéniture et contraintes de reproduction), nous montrons dans cet article qu'il est possible de créer et de maintenir une population en bonne santé pratiquement indéfiniment."

Alors que la technologie et les ressources nécessaires pour effectuer un voyage interstellaire sont encore à des générations, des études de ce type pourraient être d'une grande importance pour ces missions – si et quand elles se produisent. Connaissant à l'avance la probabilité qu'une telle mission aboutisse, et qu'est-ce qui augmentera cette probabilité au point que le succès est pratiquement garanti, augmentera également la probabilité que de telles missions soient organisées.

Cette étude et celle qui l'a précédée sont également importantes dans la mesure où elles sont les premières à prendre en compte des facteurs biologiques clés (comme la procréation) et leur impact sur un équipage multigénérationnel. Comme l'a conclu le Dr Marin :

"Notre projet vise à fournir des simulations réalistes de vaisseaux spatiaux multigénérationnels afin de préparer les futures explorations spatiales, dans un projet multidisciplinaire faisant appel à l'expertise de physiciens, astronomes, anthropologues, ingénieurs de fusée, sociologues et bien d'autres. HERITAGE est le premier code Monte Carlo jamais dédié pour calculer l'évolution probabiliste d'un équipage basé sur la parenté à bord d'un vaisseau interstellaire, ce qui permet d'explorer si un équipage d'une taille proposée pourrait survivre pendant plusieurs générations sans aucun stock artificiel de matériel génétique supplémentaire. La détermination de la taille minimale de l'équipage est une étape essentielle dans la préparation de toute mission multigénérationnelle, affectant les ressources et le budget requis pour une telle entreprise, mais aussi avec des implications sociologiques, facteurs éthiques et politiques. Par ailleurs, ces éléments sont essentiels pour examiner la création de toute colonie autosuffisante - pas seulement les humains établissant des établissements planétaires, mais aussi avec des impacts plus immédiats :par exemple, la gestion de la santé génétique des espèces menacées ou l'allocation des ressources dans des environnements restrictifs.

Le Dr Marin a également été cité récemment dans un article de The Conversation sur les objectifs de son projet et de celui du Dr Beluffi, qui consiste à déterminer ce qui est nécessaire pour assurer la santé et la sécurité des futurs voyageurs interstellaires. Comme il l'a dit dans l'article :

"Sur les 3757 exoplanètes détectées, la planète semblable à la Terre la plus proche se trouve à 40 000 milliards de kilomètres de nous. A 1% de la vitesse de la lumière, ce qui est de loin supérieur aux vitesses les plus élevées atteintes par les engins spatiaux de pointe, il faudrait encore 422 ans aux navires pour atteindre leur destination. L'une des conséquences immédiates de cela est que les voyages interstellaires ne peuvent pas être réalisés au cours d'une durée de vie humaine. Il nécessite une mission spatiale de longue durée, ce qui nécessite de trouver une solution permettant à l'équipage de survivre des centaines d'années dans l'espace lointain. C'est l'objectif de notre projet :établir la taille minimale d'une entreprise autonome, mission spatiale de longue durée, en termes de matériel et de population. En faisant cela, nous avons l'intention d'obtenir des estimations scientifiquement précises des exigences pour les voyages interstellaires multigénérationnels, débloquer l'avenir de l'exploration spatiale habitée, migration et habitation."

Dans les décennies à venir, les télescopes de nouvelle génération devraient découvrir des milliers d'autres exoplanètes. Mais plus important, ces instruments à haute résolution devraient également révéler des éléments sur les exoplanètes qui nous permettront de les caractériser. Ceux-ci incluront des spectres de leurs atmosphères qui permettront aux scientifiques de savoir avec plus de certitude si elles sont réellement habitables.

Avec plus de candidats parmi lesquels choisir, nous serons d'autant mieux préparés pour le jour où les voyages interstellaires pourront être lancés. Quand ce moment viendra, nos scientifiques seront armés des informations nécessaires pour s'assurer que les personnes qui arriveront seront grêles, copieux, et prêt à relever les défis de l'exploration d'un nouveau monde !