Dans le film chinois de science-fiction The Wandering Earth, récemment publié sur Netflix, l'humanité tente de changer l'orbite de la Terre à l'aide d'énormes propulseurs afin d'échapper au soleil en expansion - et d'éviter une collision avec Jupiter.
Le scénario pourrait un jour se réaliser. Dans cinq milliards d'années, le soleil manquera de carburant et se dilatera, engloutissant probablement la Terre. Une menace plus immédiate est l'apocalypse du réchauffement climatique. Déplacer la Terre sur une orbite plus large pourrait être une solution - et c'est possible en théorie.
Mais comment pourrait-on s'y prendre et quels sont les défis d'ingénierie? Par souci d'argument, supposons que nous visons à déplacer la Terre de son orbite actuelle vers une orbite à 50% plus loin du soleil, semblable à Mars '.
Nous concevons des techniques pour déplacer de petits corps - les astéroïdes - de leur orbite depuis de nombreuses années, principalement pour protéger notre planète des impacts. Certains sont basés sur une action impulsive et souvent destructrice: une explosion nucléaire près ou à la surface de l'astéroïde, ou un "impacteur cinétique", par exemple un vaisseau spatial entrant en collision avec l'astéroïde à grande vitesse. Celles-ci ne sont clairement pas applicables à la Terre en raison de leur nature destructrice.
D'autres techniques impliquent à la place une poussée très douce et continue sur une longue période, fournie par un remorqueur amarré à la surface de l'astéroïde, ou un vaisseau spatial planant près de lui (poussant par gravité ou d'autres méthodes). Mais cela serait impossible pour la Terre car sa masse est énorme par rapport aux plus grands astéroïdes.
Propulseurs électriques
Nous avons en fait déjà déplacé la Terre de son orbite. Chaque fois qu'une sonde quitte la Terre pour une autre planète, elle donne une petite impulsion à la Terre dans la direction opposée, semblable au recul d'un pistolet. Heureusement pour nous - mais malheureusement dans le but de déplacer la Terre - cet effet est incroyablement faible.
Le Falcon Heavy de SpaceX est le lanceur le plus performant aujourd'hui. Nous aurions besoin de 300 milliards de milliards de lancements à pleine capacité pour réaliser le changement d'orbite vers Mars. Le matériau constituant toutes ces fusées équivaudrait à 85% de la Terre, ne laissant que 15% de la Terre en orbite vers Mars.
Un propulseur électrique est un moyen beaucoup plus efficace d'accélérer la masse - en particulier les entraînements d'ions, qui fonctionnent en tirant un flux de particules chargées qui propulsent le navire vers l'avant. Nous pourrions pointer et tirer un propulseur électrique dans la direction de fuite de l'orbite terrestre.
Le propulseur surdimensionné devrait être à 1 000 kilomètres au-dessus du niveau de la mer, au-delà de l'atmosphère terrestre, mais toujours solidement attaché à la Terre avec un faisceau rigide, pour transmettre la force de poussée. Avec un faisceau d'ions tiré à 40 kilomètres par seconde dans la bonne direction, il nous faudrait encore éjecter l'équivalent de 13% de la masse de la Terre en ions pour déplacer les 87% restants.
Naviguer sur la lumière
Comme la lumière est porteuse d'élan, mais pas de masse, nous pouvons également être en mesure d'alimenter en continu un faisceau lumineux focalisé, tel qu'un laser. La puissance requise serait collectée par le soleil et aucune masse terrestre ne serait consommée. Même en utilisant l'énorme usine laser de 100 GW envisagée par le projet Breakthrough Starshot, qui vise à propulser les vaisseaux spatiaux hors du système solaire pour explorer les étoiles voisines, il faudrait encore trois milliards de milliards d'années d'utilisation continue pour réaliser le changement orbital.
Mais la lumière peut également être réfléchie directement du soleil vers la Terre à l'aide d'une voile solaire stationnée à côté de la Terre. Les chercheurs ont montré qu'il faudrait un disque réfléchissant 19 fois plus grand que le diamètre de la Terre pour réaliser le changement orbital sur une échelle de temps d'un milliard d'années.
Billard interplanétaire
Une technique bien connue permettant à deux corps en orbite d'échanger leur élan et de changer leur vitesse est celle d'un passage rapproché ou d'une fronde gravitationnelle. Ce type de manœuvre a été largement utilisé par les sondes interplanétaires. Par exemple, le vaisseau spatial Rosetta qui a visité la comète 67P en 2014-2016, au cours de son voyage de dix ans vers la comète, est passé deux fois à proximité de la Terre, en 2005 et 2007.
En conséquence, le champ de gravité de la Terre a donné une accélération substantielle à Rosetta, ce qui aurait été impossible en utilisant uniquement des propulseurs. Par conséquent, la Terre a reçu une impulsion opposée et égale - bien que cela n'ait eu aucun effet mesurable en raison de la masse de la Terre.
Mais que faire si nous pouvions effectuer une fronde, en utilisant quelque chose de beaucoup plus massif qu'un vaisseau spatial? Les astéroïdes peuvent certainement être redirigés par la Terre, et bien que l'effet mutuel sur l'orbite de la Terre soit minime, cette action peut être répétée plusieurs fois pour finalement atteindre un changement d'orbite de la Terre considérable.
Certaines régions du système solaire sont denses avec de petits corps tels que des astéroïdes et des comètes, dont la masse est assez petite pour être déplacée avec une technologie réaliste, mais encore des ordres de grandeur plus grands que ce qui peut être lancé de manière réaliste depuis la Terre.
Avec une conception de trajectoire précise, il est possible d'exploiter ce que l'on appelle «l'effet de levier Δv» - un petit corps peut être poussé hors de son orbite et, par conséquent, passer devant la Terre, fournissant une impulsion beaucoup plus grande à notre planète. Cela peut sembler passionnant, mais il a été estimé que nous aurions besoin d'un million de ces passes rapprochées d'astéroïdes, espacées chacune de quelques milliers d'années, pour suivre l'expansion du soleil.
Le verdict
De toutes les options disponibles, l'utilisation de plusieurs frondes d'astéroïdes semble la plus réalisable à l'heure actuelle. Mais à l'avenir, l'exploitation de la lumière pourrait être la clé - si nous apprenons à construire des structures spatiales géantes ou des réseaux laser super puissants. Ceux-ci pourraient également être utilisés pour l'exploration spatiale.
Mais même si cela est théoriquement possible, et peut-être un jour techniquement réalisable, il pourrait en fait être plus facile de déplacer notre espèce vers notre voisin planétaire voisin, Mars, qui pourrait survivre à la destruction du soleil. Après tout, nous avons déjà atterri et parcouru sa surface à plusieurs reprises.
Après avoir considéré à quel point il serait difficile de déplacer la Terre, coloniser Mars, la rendre habitable et y déplacer la population de la Terre au fil du temps, pourrait ne pas sembler aussi difficile après tout.
Matteo Ceriotti, Maître de conférences en ingénierie des systèmes spatiaux, Université de Glasgow
