Le vaisseau Enterprise de la saga Star Trek est plus primitif que l'EM Drive : il doit embarquer de la matière éjectée à grande vitesse sous forme de plasma. Dans son livre La physique de Star Trek, le physicien Lawrence M. Krauss a calculé la quantité pour atteindre la moitié de la vitesse de la lumière (0,5 c) : 81 fois la masse à vide de ce vaisseau. Pour pouvoir décélérer ensuite de 0,5 c, il faudrait donc, au total, 81 x 82 fois (soit 6.642) la masse de l'Enterprise. En supprimant cette masse à éjecter, l'EM Drive changerait vraiment la donne ! © dave_7 et El Carlos, CC by 3.0

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Le propulseur EM Drive, digne de Star Trek, promet Mars en 70 jours. Une farce ? (MAJ)

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L'expérience de l'EM Drive, ce très mystérieux moteur qui exerce une poussée apparemment sans éjecter de matière, vient enfin d'être décrite dans une revue scientifique avec relecture. La méthodologie - et non pas les conclusions - est donc validée. Aucune explication scientifique n'étant connue, c'est vers les erreurs de mesure que se focalisent les analyses.

L'EM Drive, c'est un moteur de fusée qui n'éjecte rien. Il ne fonctionne donc pas par le principe de la réaction qui accélère les avions et les engins spatiaux et qui provoque le recul des armes à feu. L'engin se présente comme une boîte conique à l'intérieur de laquelle des micro-ondes se réfléchissent sur deux plaques circulaires de tailles différentes se faisant face. Les inventeurs expliquent qu'apparaît une poussée, telle que le petit côté serait à l'avant du mouvement. Avec un tel moteur, un vaisseau spatial n'aurait pas à emmener de matière à éjecter (le carburant et le comburant des moteurs classiques, ou le gaz des moteurs ioniques). Cette masse économisée se traduirait par un gain en accélération, donc en vitesse de croisière. Il faudrait tout de même une source d'électricité, par exemple des panneaux solaires, pour faire fonctionner ce propulseur électromagnétique (la signification littérale de EM Drive.

Le problème est qu'aucune loi physique connue ne peut expliquer comment une poussée peut être engendrée de l'intérieur, comme si un automobiliste, assis sur son siège, faisait avancer sa voiture en poussant sur son volant... Il y a en fait violation de la troisième loi de la physique de Newton, qui nous dit que l'action est toujours égale à la réaction. Les scientifiques restent donc très sceptiques, d'autant que les inventeurs, qui travaillent dans un laboratoire financé par la Nasa, n'avaient jamais rien publié sur l'EM Drive dans une peer review où, comme dans Science ou Nature, les articles sont évalués par des pairs, c'est-à-dire d'autres scientifiques.

L'EM Drive attend que l'expérience soit reproduite

L'équipe d'Harold White avait promis qu'elle le ferait. Ils l'ont fait. L'article complet (qui avait fuité auparavant et que nous avions présenté, voir ci-dessous) est disponible dans la revue Journal of Propulsion and Power. L'expérience est donc validée en tant que telle : les scientifiques qui se sont penchés sur elle n'y ont pas vu d'erreur flagrante. Reste que les résultats restent à démontrer. On se souvient notamment des neutrinos supraluminiques, dont l'observation s'expliquait finalement par des incertitudes sur la mesure.

La poussée obtenue, très faible, pourrait provenir d'effets parasites, par exemple des interactions électriques ou magnétiques entre la paroi de l'engin et le pendule de torsion qui sert à la mesure, ou un effet thermique avec ce dernier. Les auteurs passent neuf sources d'erreurs en revue, pour les écarter toutes. Pour un phénomène aussi extraordinaire, il faudra que d'autres physiciens reproduisent l'expérience avec les mêmes résultats...

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L'EM Drive face à l'expérience en laboratoire

Article initial paru le 9/11/2016 à 17:23

Coucou, revoilà l'EM Drive. Ce (très) mystérieux moyen de propulsion que n'explique pas la physique permettrait de voyager dans le vide de l'espace avec très peu de carburant et sans éjecter quoi que ce soit, donc en allégeant considérablement le vaisseau spatial. Il est proposé par un laboratoire indépendant mais financé par la Nasa. Les informations détaillées manquent cruellement et une publication dans une revue scientifique est promise pour décembre. Il y a eu une fuite et le texte dévoilé affirme qu'une minuscule poussée a bien été mise en évidence. Mais quel crédit accorder à ces résultats ?

L'équipe de l'Advanced Propulsion Physics Laboratory, plus connu sous le nom de laboratoire Eagleworks, est installée au Johnson Space Center de la Nasa, à Houston. Dirigée par Harold White, elle travaille librement sur des moyens de propulsion inédits. Sa trouvaille de l'« EM Drive » (drive pour propulseur et EM pour électromagnétique) est étonnante et peut enthousiasmer : une sorte de boîte se mettrait à avancer toute seule dans le vide de l'espace, sans éjecter de matière comme le fait un réacteur. Le principe éviterait donc d'emporter une grosse masse de carburant et de comburant. Il suffirait d'une source d'énergie (solaire, nucléaire, antimatière...) pour produire de l'électricité alimentant le résonateur à micro-ondes qui se trouve dans la boîte.

Comme rien ni personne ne peut expliquer cette force mystérieuse, la communauté scientifique reste sceptique. L'équipe n'a d'ailleurs pas publié de résultats dans une revue avec évaluation par les pairs, ce qui ne permet pas de juger précisément de ce qui a été fait. Le laboratoire Eagleworks promet une publication en décembre dans la revue Journal of Propulsion and Power, de l'AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics). Une « fuite » vient cependant de laisser découvrir ce que pourrait être l'article soumis à ce journal. Il est téléchargeable ici.

Schéma de l'expérience, repris du fichier image PDF. Il montre l'EM Drive (le cône à gauche) installé sur un bras capable de tourner sous l'effet de l'hypothétique poussée engendrée (la flèche notée Thrust). L'ensemble est placé dans une chambre à vide. © Harold White et al.

L'EM Drive aurait produit une petite poussée

Signé des chercheurs d'Eagleworks, il décrit une expérience ayant mesuré la poussée produite à l'aide d'une balance à torsion installée dans une chambre à vide. Les micro-ondes générées à 1.937 MHz oscillaient entre deux miroirs, un petit et un grand comme l'exige l'EM Drive, de respectivement 27,9 et 15,9 cm, séparés par 22,9 cm. Ce résonateur a été alimenté avec trois puissances électriques : 40, 60 et 80 W. Résultat : une poussée d'environ 1,2 +/- 0,1 millinewton par kW. Avec 80 W, les deux essais menés ont atteint une force de 71 et 69 millinewtons et, à 83,2 W, de 74 millinewtons (+/- 6 pour les trois mesures).

Ces valeurs sont très faibles. Les auteurs rapportent eux-mêmes que le moteur ionique à effet Hall (comme celui de la sonde européenne Smart-1) produit près de 70 millinewtons par kW. Mais ils rappellent que cette poussée est supérieure à celle des voiles solaires, qui se mesure en micronewtons par kW.

Alors faut-il y croire ? Non, tant que l'expérience n'aura pas été évaluée au moins par les relecteurs de la revue à laquelle l'article devrait avoir été proposé, et au mieux par d'autres laboratoires qui retrouveraient des résultats identiques. La question est de savoir si la précision de la méthode expérimentale est suffisante pour mettre en évidence un effet aussi faible. Aucune théorie ne prédisant un tel résultat, tout repose sur les mesures. Tout juste peut-on, le soir, en admirant les étoiles, rêver à des modes de propulsions futurs qui nous permettraient de nous promener entre les planètes du Système solaire avec les mêmes échelles de temps qu'un navire parcourant les océans terrestres...

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L'EM Drive fait parler de lui mais demeure incompréhensible

Article initial paru le 8/9/2016 à 18:31

Si le projet de moteur spatial EM Drive voit le jour, il sera alors possible de visiter le Système solaire en peu de temps et sans carburant. Cet énigmatique propulseur électromagnétique refait parler de lui ce jeudi 8 septembre, alors que l'on célèbre justement les 50 ans de la série Star Trek, connue pour ses impressionnants voyages spatiaux. Problème : ce projet contredit à peu près toute la physique, de Newton à Einstein en passant par la mécanique quantique...

Depuis des années, Roger Shawyer, ingénieur aéronautique britannique, travaille sur un propulseur spatial sans carburant, avec des caractéristiques qui permettraient d'explorer efficacement tout le Système solaire. Son « Q-Drive », depuis rebaptisé EM Drive (propulseur électromagnétique), puis Cannae Drive dans une autre version, mettrait par exemple Mars à 70 jours de la Terre, rendant confortables des voyages humains.

Le principe reste assez mystérieux, basé sur une physique inconnue. Des micro-ondes sont mises en résonance dans une cavité fermée, se réfléchissant sur deux faces opposées, une petite et une grande. Selon Roger Shawyer (qui l'explique, en anglais, dans une vidéo), il apparaîtrait alors une faible poussée du côté de la petite surface. Pourquoi ? Il ne semble pas y avoir d'explication claire. Cependant, le fonctionnement est révolutionnaire : dans le vide de l'espace, une boîte fermée, alimentée en électricité, se déplacerait sans éjecter de matière, comme poussée de l'intérieur.

Un prototype de propulseur EM, ou EM Drive. Les micro-ondes, à l'intérieur, font des allers-retours entre les deux faces réfléchissantes (ici à gauche et à droite), de dimensions différentes, d'où la forme conique. Une poussée serait alors créée, affirment ses inventeurs. Ici, l'engin serait accéléré vers la gauche. © Roger Shawyer, Satellite Propulsion Research Ltd

Un défi à la physique

En somme, c'est un peu comme si, sur un voilier, un navi gateur posait un ventilateur devant la voile en espérant avancer, ou comme si le conducteur d'une voiture poussait sur le volant pour accélérer. La prouesse provoquerait un retournement tombal d'Isaac Newton, qui nous a bien expliqué le principe de l'action-réaction et de la conservation de la quantité de mouvement. Pour qu'un objet se déplace dans un sens, il faut pousser en prenant appui de l'autre côté.

Dans l'espace, le seul moyen pour un engin autonome est de lancer quelque chose dans la direction opposée à l'accélération désirée. Il en résulte une force proportionnelle à la masse éjectée par seconde et à la vitesse d'éjection. Il faut donc emporter du carburant, ce qui augmente la masse du vaisseau spatial. Et plus celle-ci est grande, plus il faut dépenser de carburant pour accélérer (ou décélérer). Changer cette vicieuse équation bouleverserait les voyages spatiaux en supprimant cette masse destinée à être éjectée.

La seule alternative connue aujourd'hui est d'utiliser une force extérieure : la lumière du Soleil pour une voile solaire, la gravité d'une planète et (ce qui reste en projet) un puissant faisceau laser émis depuis l'espace. Avec un propulseur EM, il suffirait (si l'on peut dire) d'un réacteur nucléaire, voire à antimatière, pour produire de l'électricité.

Des tests dans le vide jugés encourageants

Les différents essais de cette machine n'ont jamais été convaincants, notamment parce que la poussée ainsi générée est tellement faible que la mesure est polluée par de multiples effets. Des tests ont été réalisés dans le vide et jugés encourageants.

En effet, plusieurs équipes y croient, dont un petit laboratoire, Advanced Propulsion Physics Laboratory, plus connu sous le nom de laboratoire Eagleworks. Installé au Johnson Space Center de la Nasa, il est subventionné par elle. C'est son job : travailler sur des moyens de propulsions inédits.

Mené par Harold White, il a par exemple proposé en 2014 un procédé déjà vu dans Star Trek, le célèbre Warp Drive qui permet à l'Entreprise du capitaine Kirk de dépasser la vitesse de la lumière en contractant l'espace-temps devant le vaisseau et en le dilatant derrière. Basée sur la métrique de Miguel Alcubierre, l'idée n'est pas farfelue mais exigerait des énergies phénoménales, et la possibilité d'une application avait été réfutée, entre autres physiciens, par Alcubierre lui-même.

Une autre étude du même laboratoire Eagleworks, qui, mieux encore, permettrait de dépasser la vitesse de la lumière. Elle s'appuie sur la métrique de Miguel Alcubierre qui décrit une déformation possible de l'espace-temps, ici représenté sous forme d'une trame blanche. De part et d'autre du vaisseau, sur l'axe des x, il est déformé dans deux sens opposés, ici vers le haut et vers le bas. D'un côté, il est contracté, de l'autre dilaté. Harold White estime que la quantité d'énergie à fournir (gigantesque selon les calculs d'Alcubierre) est bien plus faible si l'on parvient à produire une « énergie négative » (un concept qui reste théorique) distribuée en un tore (en bleu) autour du vaisseau. Miguel Alcubierre n'y croit pas. © Harold White

Bientôt, enfin, une publication ?

La Nasa ne fait que donner des subsides à cette petite équipe, comme, au poker, on « mise pour voir ». Après tout, ces voies originales pourraient déboucher sur quelque chose. Pourquoi pas ? Cela ne permet pas, cependant, d'affirmer dans certains médias que « la Nasa travaille sur un vaisseau supraluminique » ni, comme aujourd'hui, que « des chercheurs de la Nasa vont tester l'EM Drive ».

D'après des rumeurs, un article sera publié en décembre prochain dans la revue Journal of Propulsion and Power, de l'AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics). Par ailleurs, Guido Fetta, président de Cannae Inc., qui veut construire un propulseur de ce genre, avait annoncé cet été le projet d'une expérience dans l'espace, menée à l'intérieur d'un nanosatellite au format CubeSat. Un ingénieur allemand, Paul Koclya, aurait réalisé un modèle réduit d'un propulseur EM qui entrerait dans ce petit volume (un litre) et a lancé une recherche de financement public en crowdfunding.

L'expectative continue donc. Rendez-vous en décembre pour en savoir davantage...

Voyage vers Mars : l'Homme y survivrait-il ?  Un vol habité vers Mars comporte évidemment des enjeux techniques, mais aussi des enjeux sociaux et psychologiques auxquels on ne pense pas forcément au premier abord. Futura-Sciences a interviewé Charles Frankel, planétologue, pour qu’il nous parle des relations entre astronautes durant un vol habité de ce type.