Il n'y a pas de double sens, l'Univers est un endroit extrêmement grand ! Et grâce aux limitations qui nous sont imposées par la relativité restreinte, voyager jusqu'aux systèmes stellaires les plus proches pourrait prendre des millénaires. Comme nous l'avons abordé dans un article précédent, le temps de trajet estimé jusqu'au système stellaire le plus proche (Alpha Centauri) pourrait prendre de 19, 000 à 81, 000 ans en utilisant les méthodes conventionnelles.

Pour cette raison, de nombreux théoriciens ont recommandé que l'humanité s'appuie sur des vaisseaux de génération pour répandre la graine de l'humanité parmi les étoiles. Naturellement, un tel projet présente de nombreux défis, le moindre n'est pas la taille qu'un vaisseau spatial devrait avoir pour soutenir un équipage multigénérationnel. Dans une nouvelle étude, des scientifiques internationaux se sont penchés sur cette même question et ont déterminé qu'il faudrait beaucoup d'espace intérieur !

L'étude, qui est apparu récemment en ligne, était dirigée par le Dr Frédéric Marin de l'Observatoire astronomique de Strasbourg et Camille Beluffi, un physicien des particules au sein de la start-up scientifique Casc4de. Ils ont été rejoints par Rhys Taylor de l'Institut d'astronomie de l'Académie tchèque des sciences, et Loic Grau de la société d'ingénierie structurelle Morphosense.

Leur étude est la dernière d'une série menée par le Dr Marin et Beluffi qui aborde les défis de l'envoi d'un vaisseau spatial multigénérationnel vers un autre système stellaire. Dans une étude précédente, ils ont abordé la taille de l'équipage d'un navire de génération devrait être pour se rendre à destination en bonne santé.

Ils l'ont fait en utilisant un logiciel de code numérique sur mesure développé par le Dr Marin lui-même connu sous le nom de HERITAGE. Dans une interview précédente avec le Dr Marin, il a décrit HERITAGE comme « 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."

De leur analyse, ils ont déterminé qu'un minimum de 98 personnes serait nécessaire pour accomplir une mission multigénérationnelle vers un autre système stellaire, sans risques de troubles génétiques et autres effets négatifs associés aux mariages mixtes. Pour cette étude, l'équipe a abordé la question tout aussi importante de savoir comment nourrir l'équipage.

Étant donné que les stocks de nourriture séchée ne seraient pas une option viable, car ils se détérioraient et se détérioraient au cours des siècles pendant lesquels le navire était en transit, le navire et l'équipage devraient être équipés pour cultiver leur propre nourriture. Cela pose la question, combien d'espace serait nécessaire pour produire suffisamment de récoltes pour nourrir un équipage important ?

Quand il s'agit de voyages dans l'espace, la taille de l'engin spatial est un problème majeur. Comme le Dr Marin l'a expliqué à Universe Today par e-mail :

"Plus le satellite est lourd, plus il est cher de le lancer dans l'espace. Puis, plus le vaisseau spatial est gros/lourd, le plus compliqué et coûteux en ressources sera le système de propulsion. En réalité, la taille du vaisseau spatial va contraindre de nombreux paramètres. Dans le cas d'un navire de génération, la quantité de nourriture que nous pouvons produire est directement liée à la surface à l'intérieur du navire. Cette zone est, à son tour, liée à la taille de la population à bord. Taille, la production alimentaire et la population sont en fait intrinsèquement liées. »

Pour répondre à cette question importante – « quelle doit être la taille du navire ? » – l'équipe s'est appuyée sur une version mise à jour du logiciel HERITAGE. Comme ils le déclarent dans leur étude, cette version "prend en compte les caractéristiques biologiques dépendantes de l'âge telles que la taille et le poids, et des caractéristiques liées au nombre variable de colons, comme l'infertilité, taux de grossesse et de fausse couche."

Au delà de ça, l'équipe a également pris en compte les besoins caloriques de l'équipage afin de calculer la quantité de nourriture qu'il faudrait produire par an. Pour y parvenir, l'équipe a inclus des données anthropomorphiques dans leurs simulations pour déterminer la quantité de calories consommées en fonction de l'âge du passager, poids, la taille, niveaux d'activité, et d'autres données médicales.

"En utilisant l'équation de Harris-Benedict pour estimer le taux métabolique basal d'un individu, nous avons évalué combien de kilocalories doivent être consommées par jour et par personne afin de maintenir un poids corporel idéal. Nous avons pris soin d'inclure les variations de poids et de taille pour tenir compte d'une population réaliste, y compris la corpulence lourde/légère et les personnes grandes/petites. Une fois le besoin calorique estimé, nous avons calculé combien de nourriture géoponique, les techniques d'agriculture hydroponique et aéroponique pourraient produire par an et par kilomètre carré."

En comparant ces chiffres avec les techniques agricoles conventionnelles et modernes, ils nous permettent de prédire la quantité de terres artificielles qui devraient être allouées à l'agriculture à l'intérieur du navire. Ils ont ensuite basé leurs calculs globaux sur une vis relativement grande (500 personnes) et en ont déduit un chiffre global. Comme l'a expliqué le Dr Marin :

"Nous avons trouvé que, pour un équipage hétérogène de, par exemple., 500 personnes vivant sur un omnivore, régime équilibré, 0,45 km² [0,17 mi²] de terre artificielle suffiraient pour faire pousser toute la nourriture nécessaire en utilisant une combinaison d'aéroponie (pour les fruits, les légume, amidon, du sucre, et l'huile) et l'agriculture conventionnelle (pour la viande, poisson, laitier, et miel)."

Ces valeurs fournissent également certaines contraintes architecturales pour la taille minimale du navire de génération lui-même. En supposant que le navire ait été conçu pour générer une gravité artificielle par la force centripète (c'est-à-dire un cylindre rotatif), il faudrait un minimum d'environ 224 mètres (735 pieds) de rayon et 320 mètres (1050 pieds) de longueur.

"Bien sûr, d'autres installations que l'agriculture sont nécessaires - habitation humaine, salles de contrôle, la production d'énergie, masse de réaction et moteurs, qui rendent le vaisseau spatial au moins deux fois plus grand, " Le Dr Marin a ajouté. " Fait intéressant, même si nous doublons la longueur du vaisseau spatial, nous trouvons une structure qui est encore plus petite que le plus haut bâtiment du monde - Burj Khalifa (828 m; 2716,5 pi)."

Pour les aficionados de l'exploration spatiale interstellaire, et planificateurs de missions, cette dernière étude (et d'autres de la série) sont très significatives, en ce qu'ils fournissent une image de plus en plus claire de ce à quoi ressemblerait l'architecture de mission d'un navire de génération. Au-delà des propositions purement théoriques de ce qu'il en serait, ces études fournissent des chiffres réels avec lesquels les scientifiques pourraient travailler un jour.

Et comme l'a expliqué le Dr Marin, cela rend également un projet aussi grandiose (qui semble intimidant à première vue) d'autant plus réalisable:

"Ce travail nous donne un aperçu de la possibilité réelle de créer des navires de génération. Nous sommes déjà capables de construire de si grandes structures sur Terre. Nous avons maintenant quantifié avec précision quelle devrait être la surface dédiée à l'agriculture dans des navires de génération afin que la population peut se nourrir pendant des voyages de plusieurs siècles."

Selon Marin, la seule question restante qui doit être explorée est l'eau. Toute mission impliquant un grand équipage passant plus de quelques siècles dans l'espace interstellaire aura besoin de beaucoup d'eau pour boire, irrigation, et assainissement. Et il ne suffit pas de s'appuyer simplement sur des méthodes de recyclage pour assurer un approvisionnement régulier.

Cette, Marin indique, fera l'objet de leur prochaine étude. "Dans l'espace lointain (loin des planètes, lunes ou gros astéroïdes), l'eau peut être très difficile à récupérer, " dit-il. " Alors les ressources à bord pourraient souffrir du manque d'eau. Nous devons consacrer nos futures enquêtes à résoudre ce problème. »

Comme pour la plupart des choses relatives à l'exploration de l'espace lointain ou à la colonisation d'autres mondes, la réponse à la question invariable (« est-ce possible ? ») est presque toujours la même – « Combien êtes-vous prêt à dépenser ? There is no doubt that an interstellar mission, regardless of what form it might take, would require a massive commitment in terms of time, énergie, and resources.

It would also require that people be willing to risk their lives, so only adventurous people would apply. But perhaps most of all, it would need the will to see it through. Barring urgency or extreme necessity (i.e. planet Earth is doomed), it's hard to imagine all of these factors coming together.

Cependant, knowing exactly how much it will cost us in terms of money, resources and time to mount such a project is a very good first step. Only then can humanity decide if they are willing to make the commitment.