Une vision d'artiste d'une sphère de Dyson en cours de construction (ou en train de se détruire) autour d'une étoile ayant donné naissance à une civilisation technologique gourmande en énergie. © Paul Duffield

Sciences

Sphère de Dyson

DéfinitionClassé sous :exobiologie , sphère de Dyson , seti

Interview : les exoplanètes sont-elles habitées ?  Il pourrait y avoir au moins 100 milliards de planètes simplement dans notre galaxie. Difficile d’imaginer qu’aucune ne puisse abriter la vie. Le Cnes a interviewé Michel Viso, responsable des programmes d’exobiologie, afin qu’il nous parle des conditions d'apparition de la vie dans l'univers. 

Une sphère de Dyson est une immense structure artificielle que pourrait construire une civilisation technologiquement très avancée autour de son étoile.

Le but ? Capter une large part, voire la totalité, de l'énergie lumineuse émise. Cette structure est susceptible d'impliquer des technosignatures, qui permettraient de la détecter et, donc, d'établir l'existence de civilisations E.T. dans la Voie lactée.

Sphère de Dyson : le concept doit son nom à Freeman Dyson

L'idée a été proposée en 1960 par une lettre publiée dans le journal Science par le grand physicien Freeman Dyson, bien connu pour ses multiples contributions scientifiques allant de la physique des particules élémentaires à l'astronautique en passant par la cosmologie et la physique du solide. (On peut citer à cet égard son implication dans le projet Orion, visant à construire un vaisseau spatial interplanétaire se propulsant grâce à l'énergie nucléaire — des explosions successives, à l'arrière du vaisseau, le pousseraient vers l'avant. Un tel mode de propulsion permettrait de se rendre sur Mars en quelques mois seulement. On lui doit également le célèbre temps de Dyson donnant une estimation de la durée pendant laquelle un univers en expansion infinie peut abriter une vie intelligente.)

Au début des années 1960, influencé par le livre de science-fiction intitulé Star Maker, de Olaf Stapledon, et par le bouillonnement de la naissance du programme Seti, Freeman Dyson se mit à vérifier si les idées évoquées dans l'ouvrage de Stapledon étaient crédibles du point de vue de la physique, sans se soucier des redoutables problèmes technologiques rencontrés pour les concrétiser.

Freeman Dyson dans son bureau à l'université de Princeton (États-Unis). Le physicien a très bien connu de grands noms de la physique comme Hans Bethe et Robert Oppenheimer. © Monroem, Wikipédia, CC by-sa 3.0

Une étoile dans une coque artificielle

En extrapolant la courbe de croissance de la consommation d'énergie et de matière de l'humanité, fatalement, on aboutit à la conclusion que nous finirons par avoir besoin de toute l'énergie libérée par le Soleil chaque année.

Dyson a alors calculé qu'en utilisant une masse de matière équivalente à celle de Jupiter, il est possible d'entourer notre Soleil d'une coque semi-solide, d'une épaisseur de 2 à 3 mètres, capable de piéger le rayonnement de notre étoile.

Illustration d’une sphère de Dyson construite autour d’une étoile, hypothèse envisagée pour expliquer les étranges variations de luminosité de l’étoile KIC 8462852. © capnhack.com

Découvrir des civilisations extraterrestres

Or, d'après les lois de la thermodynamique, même en utilisant une grande partie de l'énergie ainsi disponible, la coque s'échauffera et réémettra dans l'infrarouge comme un corps noir d'excellente qualité. Le spectre d'une étoile est proche de celui d'un corps noir, mais une observation un peu fine montre rapidement qu'il est en réalité haché par une série de raies d'absorption voire, parfois, de bandes. Ce ne serait pas le cas avec l'objet étudié par Dyson.

La méthode qu'il propose pour découvrir des civilisations extraterrestres est donc de partir à la recherche d'objets froids rayonnant dans l'infrarouge comme un corps noir quasi parfait et dont la taille serait de l'ordre de quelques unités astronomiques.

Le concept a fait fortune sous le nom de « sphère de Dyson » et il a notamment été popularisé par Carl Sagan dans ses ouvrages, par exemple Cosmos. Cette idée est souvent mentionnée dans les discussions sur la classification des civilisations telle qu'elle a été proposée en 1964 par le grand astrophysicien et exobiologiste russe Nikolaï Kardachev, aujourd'hui impliqué dans le projet RadioAstron.

Nikolaï Kardachev, né le 25 avril 1932, est un radioastronome russe célèbre pour son échelle de Kardachev. Cette dernière classe les civilisations de l'univers en fonction de leur consommation d'énergie. © Russian Academy of Sciences

Kardachev a classé les civilisations technologiques en fonction de leur consommation en énergie. Il a introduit ce que l'on appelle désormais en son honneur l'échelle de Kardachev. Appliquée à l'humanité, elle implique que :

  • si nous consommons un jour toute l'énergie solaire disponible sur Terre, nous deviendrions une civilisation de type I.
  • Si nous utilisons toute l'énergie rayonnée chaque seconde par le Soleil, en l'entourant d'une sphère de Dyson, nous deviendrions une civilisation de type II.
  • Si nous colonisons la Galaxie pour exploiter l'énergie de toutes les étoiles de la même manière, nous serions en passe de devenir une civilisation de type III.

Comment construire une sphère de Dyson ?

La construction d'une sphère de Dyson semble complètement hors de portée technologiquement. Elle nécessiterait l'énergie rayonnée par le Soleil pendant 800 ans s'il fallait morceler toute la matière présente dans Jupiter. Toutefois, l'opération pourrait être réalisable. L'astuce serait probablement de construire une machine de Von Neumann, c'est-à-dire capable de se répliquer elle-même. Rapidement, à la façon de virus ou de cellules se multipliant. Le nombre de telles machines serait alors suffisant pour prélever dans le Système solaire la matière nécessaire. Il faudrait ensuite l'assembler, mais sous quelle forme ? Celle de séries de gigantesques centrales solaires en orbite, réparties de manière à recouvrir uniformément une portion non négligeable de la surface d'une sphère entourant une étoile de type solaire à quelques unités astronomiques de distance.

Toutefois, une véritable coquille rigide entourant une étoile pose des problèmes de résistance mécanique insolubles. C'est pourquoi une sphère de Dyson serait plus probablement un ensemble de sous-structures isolées ne couvrant qu'une portion de la surface totale d'une sphère.

On en déduit plus généralement qu'une sphère de Dyson n'est pas la seule façon de détecter des civilisations extraterrestres au-delà du type I dans la Galaxie. Des satellites comme Kepler pourraient le faire à partir des courbes de transit d'objets artificiels de grande taille, du genre des colonies spatiales de Gerard O'Neill, ou encore à partir des flashs laser associés à des vaisseaux équipés de voiles.