Une nouvelle technologie photonique pour rallier l’étoile la plus proche en seulement 20 ans

Des chercheurs de l’université Texas A&M ont réalisé une percée dans le domaine de la propulsion par la lumière, qui pourrait un jour nous permettre d’atteindre le système Alpha Centauri en quelques décennies plutôt que millénaires.

Photons et métasurfaces

Aussi avancées soient nos technologies spatiales, rallier un autre système s’apparente aujourd’hui à un doux rêve. À la vitesse des sondes Voyager, lancées il y a plus de quarante ans et se trouvant actuellement dans l’espace interstellaire, il faudrait plus de 70 000 ans pour espérer rallier Proxima Centauri, l’étoile la plus proche du Soleil.

Lire aussi À 12 années-lumière, Webb observe une exo-Jupiter dont les nuages corrigent déjà les modèles d’atmosphère planétaire

Des systèmes de stase ou des engins gigantesques, convoyant les ressources nécessaires pour soutenir des générations d’humains pendant des dizaines de milliers d’années, étant inenvisageables dans un futur concret, Shoufeng Lang et ses collègues se sont tournés vers une solution plus « abordable » : utiliser des salves de photons (émis par le Soleil ou de puissants lasers) ainsi que des matériaux ultra-minces (métasurfaces) pour propulser et orienter un vaisseau spatial léger.

Comparant ce phénomène au rebond d’une balle de ping-pong, l’équipe évoque les lois de mouvement de Newton, stipulant que toute variation d’impulsion entre la lumière incidente et la lumière émergente au niveau d’une interface peut générer une force de réaction mécanique compensatoire sur cette dernière.

« Notre cadre théorique, qui s’appuie sur la loi généralisée de Snell et la conservation de la quantité de mouvement, relie le changement de quantité de mouvement induit par les métasurfaces à la génération de force », écrivent les chercheurs. « Les forces générées sont non seulement latérales mais aussi verticales, permettant un contrôle optique tridimensionnel complet. Nous appelons ces forces contrôlables des forces métaphotoniques, car elles découlent directement du transfert de quantité de mouvement induit par la métasurface. »

Lire aussi Sur Mars, cette « ombre rampante » géante déconcerte les scientifiques

Premiers tests

Pour explorer ce concept, l’équipe a créé des métajets à partir de réseaux de nanopiliers de silicium, conçus pour conférer à ces engins microscopiques une manœuvrabilité tridimensionnelle lorsqu’un laser les frappe. L’expérience s’est révélée être un succès, avec des « vaisseaux » guidés dans un fluide à l’aide d’une lumière polarisée linéairement, ne présentant par ailleurs aucun mouvement de rotation indésirable.

La force métaphotonique augmentant avec la puissance optique, sans limite de taille, l’approche pourrait théoriquement être étendue à des contextes macroscopiques, telles que les voiles solaires interstellaires.

Si de nombreux autres développements seront évidemment nécessaires pour faire de ces vaisseaux spatiaux ultra rapides une réalité, ces travaux fondateurs, publiés dans la revue Newton sont prometteurs. La prochaine étape consistera à réaliser une série d’expériences dans des conditions de microgravité.

Lire aussi À Houston, la cabine lunaire de Blue Origin donne à la NASA un outil concret dans la course face au Starship de SpaceX

Plus tôt cette année, la Russie avait testé un moteur à plasma visant à nous permettre de rallier Mars en un temps record.