Échelle de kardashev

Échelle de Kardashev

L'échelle de Kardashev est une méthode générale de classement des civilisations en fonction de leur niveau technologique, proposée en 1964 par l'astronome russe Nikolaï Kardashev. Elle se compose de trois catégories basées sur la quantité d'énergie dont dispose une civilisation donnée, selon une progression exponentielle.

L'existence de telles civilisations reste encore très hypothétique, mais cette échelle a été prise comme base de travail par les chercheurs du projet SETI, les écrivains de science-fiction et les futurologues.

Nikolaï Kardashev a présenté son échelle en 1964 lors de la conférence de Byurakan (aujourd'hui en Arménie), qui faisait le point sur le programme d'écoute de l'espace par la radioastronomie soviétique.

Catégories définies par Kardashev

Type I

Une civilisation de Type I est capable d'utiliser toute l'énergie disponible sur sa planète d'origine, approximativement 1,74×10¹⁶ W. Sur Terre, la puissance disponible s'élève à 1,74×10¹⁷ W. La valeur de 4×10¹² W, proposée initialement par Kardashev, correspondait au niveau énergétique atteint sur Terre en 1964.

Type II

Une civilisation de Type II doit s'avérer capable de collecter toute l'énergie de son étoile centrale, soit à peu près 1×10²⁶ W. Il s'agit là encore d'une estimation, notre Soleil rayonnant environ 3,86×10²⁶ W, tandis que Kardashev parlait de 4×10²⁶ W.

Type III

Une civilisation de Type III a à sa disposition toute l'énergie émise par la galaxie dans laquelle elle est située, soit près de 1×10³⁶ W. Ce niveau d'énergie varie largement en fonction de la taille de chaque galaxie, Kardashev le fixait à 4×10³⁷ W.

Utilisation et exemples

La civilisation humaine est de Type 0, quelque part sous le Type I, puisqu'elle n'utilise qu'une fraction de l'énergie totale disponible sur Terre. Alors que l'échelle de Kardashev ne comportait pas de niveaux intermédiaires, Carl Sagan en a définis par interpolation et extrapolation des types initiaux, et il a calculé que celui de la civilisation humaine actuelle devait être 0,7 en évaluant la puissance consommée à environ 10 térawatts par la formule :

$K = \frac{\log_{10}{W}-6} {10}$

où K représente le niveau de civilisation de Kardashev et W la puissance consommée en watts. On écrit la partie entière en chiffres romains et la partie fractionnaire en décimal.

Pour parvenir au Type I sur Terre, une possibilité serait d'utiliser massivement l'énergie maréthermique, les éoliennes, l'énergie marémotrice pour extraire l'énergie solaire reçue par les océans. Malheureusement, aucune méthode connue à ce jour ne permet de collecter l'intégralité de cette énergie disponible sans recouvrir complètement la surface terrestre de structures artificielles. Compte tenu du mode de vie des humains, cela semble irréalisable dans un avenir proche. Nous sommes déjà en train de collecter l'énergie terrestre au travers des ressources renouvelables, méthode qui peut s'avérer plus durable et plus efficace que notre technologie. Si nous renonçons à remplacer complètement les ressources naturelles par des substituts synthétiques, il est possible de parvenir à une civilisation de Type I par optimisation de tout l'écosystème terrestre en vue d'un rendement maximal.

Une hypothétique civilisation de Type II pourrait construire une sphère de Dyson, ou une structure semblable, afin d'intercepter toute l'énergie émise par une étoile, ou bien, plus exotique encore, nourrir un trou noir de matière stellaire pour en extraire de l'énergie utilisable, ou bien enfin occuper plusieurs systèmes stellaires et prélever une fraction de l'énergie de chaque étoile. Une civilisation de Type III se servirait des mêmes méthodes, appliquées à toutes les étoiles d'une ou de plusieurs galaxies, ou encore de méthodes inconnues de nos jours.

Pour Kardashev, les Terriens n'étaient en mesure, en 1964, d'intercepter qu'une fuite émanant d'une civilisation de Type III, sous forme d'ondes radios ou de faisceaux laser. Au mois d'avril de l'année suivante, en 1965 donc, Kardashev croit avoir intercepté un de ces signaux dans la radiogalaxie CTA 102, et l'agence Tass publie même un communiqué sensationnel faisant état d'un message dont « l'origine extra-terrestre est vérifiée et ne fait aucun doute ». Kardashev en est pour ses frais, un astronome hollandais (Maarten Schmidt) ayant identifié quelques jours plus tôt le signal comme l'émission d'un quasar. Depuis, le silence persistant de l'univers, ou tout du moins l'absence de réception d'un signal ou d'une fuite en provenance de telles civilisations, mènera Iosef Shklovski (radioastronome russe, collaborateur de Kardashev) à conclure au suicide obligé d'une civilisation de Type III, déclaration à rapprocher du Paradoxe de Fermi.

L'« Empire galactique » rencontré communément dans nombre d'œuvres de space opera fournit un exemple facilement reconnaissable de civilisation fictive susceptible de parvenir au Type III. Ces civilisations consomment une énergie à une échelle gigantesque, se situant entre le Type II et le Type III.

Chronologie possible

L'histoire contemporaine de l'humanité semble suivre une chronologie, esquissée ici. Ces valeurs sont des approximations de la version extrapolée de l'échelle par Carl Sagan, tenant compte d'une progression de 0,8.

	Civilisation de Type 0
	0.25 (3 10⁸ W) Empire romain	0.5 (10¹¹ W) Révolution industrielle	0.6 (10¹² W) Développement technologique de 1891 à 1938	0.7 (10¹³ W) XX^e siècle : Armement nucléaire et Fission nucléaire	0.8 (10¹⁴ W) XXI^e siècle : Fusion nucléaire	0.9 (10¹⁵ W) XXII^e siècle : Ascenseur spatial, création d'une Cité universelle ^[1]	transition de Type 0 à Type I : la civilisation s'auto-détruit ou parvient à une Singularité technologique
Tendances évolutives :
$\Longrightarrow$	Niveaux technologiques croissants, niveaux de sécession croissants jusque 0,5, accroissement de la consommation énergétique et de la surface habitée
$\Longleftarrow$	Après 0,5, niveaux de sécession décroissants

Perspectives téléologiques

Si l'on considère l'échelle de Kardashev comme un schéma prédictif, voire normatif, d'un avenir technologique attendu, plutôt que comme une simple échelle de consommation énergétique, elle en devient téléologique et nous prédit une « fin de l'histoire ». Vue comme une description du passé et de l'avenir de l'histoire de l'humanité, elle pourrait être comparée à la théorie marxiste des modes de production qui comporte aussi des propositions sur les interactions entre technologie et structures sociales, bien que sur une période plus courte.

Faiblesse de telles supputations

Il a été avancé que, comme nous ne pouvons comprendre les civilisations avancées, nous ne pouvions prévoir leur comportement. Alors les visions de Kardashev peuvent ne pas correspondre au devenir de civilisations avancées. Cet argument est développé dans l'ouvrage Evolving the Alien: The Science of Extraterrestrial Life, de Jack Cohen et Ian Stewart^[2]. Il est aussi possible que des conditions uniques sur Terre puissent permettre à des technologies particulières de se développer rapidement, alors qu'elles auraient été retardées pour des civilisations ne bénéficiant pas de telles conditions. La liste de ces conditions présumées spécifiques à la Terre et des découvertes qu'elles ont permises est plutôt longue. En voici quelques exemples :

Une civilisation qui n'aurait pas colonisé les continents et serait restée exclusivement aquatique n'aurait pas pu découvrir le feu et serait restée ignorante dans le domaine de la sidérurgie ;
si l'invention du procédé d'électrolyse par Paul Héroult et du procédé d'extraction par Bayer n'avait pas eu lieu à la fin du XIX^e siècle, les technologies dépendantes de l'aluminium, telles la construction aérienne et astronautique en auraient été retardées d'autant ;
la Lune provoque les marées et protège la Terre, au moins partiellement, d'astéroïdes, de comètes et du rayonnement cosmique ;
beaucoup de découvertes furent essentiellement accidentelles, comme celle de la pénicilline. D'autres reposent sur des considérations théoriques, comme celle du transistor.

Il est possible que les conditions nécessaires à la formation des hydrocarbures, du charbon et du gaz naturel n'aient pas été remplies sur d'autres planètes. Ces combustibles fossiles furent indispensables pour nous rendre (provisoirement) indépendants du bois et des combustibles animaux. Bien que les énergies hydraulique, éolienne et solaire soient connues depuis longtemps, elles se sont peu développées jusqu'à ce que des techniques industrielles des matériaux améliorent leur rendement. Ces techniques, grandes consommatrices d'énergie, n'auraient pu être elles-mêmes développées sans source d'énergie suffisante. Une observation similaire vaut pour les réacteurs nucléaires, sources d'énergie bien plus puissantes, qui n'auraient pas été réalisables sans les combustibles fossiles, ni compris les ressources limitées en minerai d'uranium.

Contre-argument : l'abondance d'autres sources

La perception humaine reste entachée d'un biais naturel concernant les voies de développement énergétique de la civilisation humaine. Durant les deux chocs pétroliers de 1973 et 1979, les sociétés hyper-industrialisées ont continué de fonctionner ; beaucoup se sont tournées vers la recherche d'alternatives technologiques énergétiques à grande échelle, dans l'optique qu'elles puissent fournir l'énergie nécessaire à la poursuite du développement industriel et commercial, même si la production d'énergies fossiles venait à se tarir.

Ce développement obtenu, il est possible qu'une société puisse croître sans passer par une étape de production d'énergie fossile. Cette version de l'argumentation de Buckminster Fuller sur l'énergie solaire est conforme à l'idée de Paul Hawken d'une écologie industrielle selon laquelle l'utilisation d'énergies fossiles n'est ni essentielle ni souhaitable, étant données ses nuisances et l'existence de sources d'énergie de substitution. Les principes de fonctionnement de la pile à combustible furent découverts par Christian Friedrich Schönbein dès 1838, et que leur application par Sir William Grove débuta en 1843, bien avant la généralisation de l'utilisation des énergies fossiles autres que le charbon, ce qui rend plus plausible encore qu'une civilisation extra-terrestre ait eu recours à la pile à combustible en lieu et place des hydrocarbures. L'exploitation industrielle du pétrole, initiée par Edwin Drake, ne commença que dans les années 1850.

Implications pour les civilisations

Il existe beaucoup d'exemples historiques de civilisations subissant des transitions à grande échelle, telles la Révolution industrielle et la Renaissance. De la même manière, les transitions entre niveaux de l'échelle de Kardashev sont susceptibles de représenter des périodes troublées de bouleversements sociaux, puisqu'elles impliquent de dépasser l'obstacle que représente la limitation des ressources disponibles sur le territoire occupé par une civilisation. Une spéculation courante suggère que la transition du Type 0 au Type I comporte un grand risque d'auto-destruction puisque l'espace vital occupe entièrement la planète natale. La catastrophe malthusienne est un exemple d'une telle spéculation.

Certains auteurs ont souligné qu'une période de grand bouleversement pourrait être les prémisses d'une ascension vers une civilisation de Type I^[3].

Contraintes de communication

Il est coûteux, pour une civilisation inférieure au Type I, de tenter d'entrer en contact avec d'autres civilisations plus avancées, pour des raisons de puissance d'émission nécessaire. Il a été calculé que pour obtenir un émetteur fiable et suffisamment puissant pour être remarqué par une civilisation de Type II, entre 1 et 10 billions de dollars seraient nécessaires. La limite supérieure équivaudrait au Produit intérieur brut des États-Unis depuis la fin des années 1990 jusqu'au début du XXI^e siècle^[4]. Ainsi, il a été suggéré que la civilisation doit avancer largement dans le Type I avant que l'énergie requise pour un contact efficace avec une autre civilisation devienne supportable pour ses ressources économiques.

Une fois le contact établi entre les deux civilisations, et leur localisation mutuelle connue, le coût énergétique requis pour maintenir le contact et échanger des informations peut alors être significativement réduit en utilisant des technologies de transmissions très directionnelles. En 1974, le radiotélescope d'Arecibo a transmis un message qui va parcourir 25 000 années-lumière, vers l'amas globulaire d'Hercule. Une plus grande antenne et des longueurs d'onde plus courtes auraient permis à la même énergie d'être focalisée sur un objectif plus lointain encore. Le programme SETI repose largement sur de telles possibilités.

Extrapolations hypothétiques

La progression exponentielle de cette échelle incite à extrapoler des types de civilisations plus avancées encore. Par exemple :

Type IV : la civilisation contrôle toute l'énergie d'un superamas galactique (approximativement 10⁴⁶ W).
Type V : l'énergie disponible est celle de tout l'Univers visible ; approximativement 10⁵⁶W. Une telle civilisation dépasse l'entendement scientifique et semble tout à fait utopique. La civilisation décrite dans Point Oméga, œuvre de Frank J. Tipler, se situerait vraisemblablement à ce niveau.

Projections imaginaires

Elles se rencontrent essentiellement en science-fiction et ne sont pas « officiellement » établies, et diffèrent donc selon les auteurs. En voici quelques exemples :

Type VI : le niveau énergétique de plusieurs univers additionnés s'établit aux environs de 10⁶⁶ W, dans le prolongement des niveaux inférieurs.
- une telle civilisation pourrait manipuler et altérer les lois de la physique sur chacun des multiples univers.
- cette civilisation pourrait abandonner un univers mourant et devenir éternelle ; des civilisations moins avancées en auraient également la possibilité.
Type VII : déité capable de créer des univers à volonté, et de les utiliser comme sources énergétiques. Leur puissance énergétique est virtuellement infinie, seulement limitée par le nombre et la taille des univers créés, et s'élèverait à la hauteur vertigineuse de 10⁷⁶ ou même 10¹⁰⁰ W. Une civilisation de ce type serait vraisemblablement immortelle, car la création d'univers nécessite que la civilisation soit extérieure aux univers créés.
- La nouvelle de science-fiction d'Isaac Asimov The Last Question met en scène un exemple d'entité de Type VII.

Futurs hypothétiques

La science-fiction à l'origine de ces projections imaginaires nous propose aussi des indications sur les hypothétiques changements à venir correspondant aux valeurs fractionnaires de l'échelle de Kardashev. Voici un futur possible, dont les propositions s'appuient sur la littérature scientifique. L'article de Nikolai Kardashev sur L'Inévitable et les structures possibles des supercivilisations, où il expose qu'une consommation d'énergie croissante conduit à une progression technologique, à une cohésion diminuée et à une fluctuation de la probabilité de survie et de contact, est une explication de cette section. Les articles Cosmologie et Civilisation et Transmission d'information par les civilisations extraterrestres mentionnent également ces civilisations et leur transformation. L'essentiel de ces explications peuvent être consultées dans Énergie et culture qui développe plus en détail le contenu du présent article. Il est consacré à l'aspect théorique des tendances évolutives des civilisations plus avancées avec une description de chacun des types. Cette section suit le schéma original sans le citer mot pour mot.

Type I

Michio Kaku cite Dyson qui estime que la terre aboutira à une civilisation de Type I vers 2200, en se fondant sur une extrapolation du taux de croissance actuel de la consommation énergétique de la planète.

	civilisation planétaire Type I
	de (10¹⁶ W à 10¹⁹ W)	entre (10²⁰ W et 10²³ W)	jusque (10²⁴ W à 10²⁶ W) (discutable)
	Colonisation et industrialisation de l'espace proche, exploitation minière des astéroïdes, extraction des combustibles fossiles et de l'énergie planétaire	Premier voyage interstellaire	Tensions provoquées par la taille de la civilisation pouvant aboutir à une sécession en plusieurs civilisations planétaires — régression depuis une civilisation en début de type I.^[5] Début de la construction d'une sphère de Dyson, d'un disque d'Alderson, ou de l'Anneau-Monde.
Tendances évolutives :
$\Longrightarrow$	Niveaux technologiques croissants, extension de l'exploration spatiale, sources d'énergie spatiales, multiplication des foyers de civilisation non terrestres, consommation énergétique croissante, extension de la surface habitée
$\Longleftarrow$	Décentralisation croissante, différenciation des sociétés par rupture des liens sociaux causée par les décalages temporels des communications

Type II

Selon Kaku, Kardashev aurait prévu le développement d'une telle civilisation pour l'année 5200.

	Expansion de la civilisation de Type II dans tout le système solaire
	de (10²⁶ W à 10²⁹ W)	entre(10³⁰ W et 10³³ W) (discutable)	jusque(10³⁴ W à 10³⁶ W) (discutable)
	Sphère de Dyson achevée, exploration et colonisation de tous les systèmes stellaires proches	Engineering stellaire et propulseur Shkadov	Tensions provoquées par la taille de la civilisation pouvant aboutir à la sécession des différents systèmes stellaires en plusieurs civilisations — régression en une civilisation mono-stellaire, la colonisation galactique et inter-galactique automatisée peut être entreprise
Tendances évolutives :
$\Longrightarrow$	Niveaux technologiques croissants, croissance exponentielle du nombre d'étoiles colonisées, systèmes centralisés qui drainent toujours plus de ressources d'autres systèmes stellaires non encore colonisés –– conduisant à une expansion toujours plus grande
$\Longleftarrow$	Décentralisation, probabilité croissante de sécession en systèmes stellaires isolés, si les ressources ne sont pas adéquatement réparties, ressources pouvant être à nouveau l'objet de conflits armés qui avaient disparu au cours du Type I

Type III

Selon Kaku, Kardashev prévoyait le développement de ce type de civilisation pour 7800.

	Type III achèvement de la Colonisation de la Voie lactée
	de (10³⁶ W à 10³⁹ W) (discutable)	entre (10⁴⁰ W et 10⁴³ W) (discutable)	jusque (10⁴⁴ W à 10⁴⁶ W) (discutable)
	(suite) colonisation des galaxies proches	Hautement hypothétique, à partir d'ici plus aucune suppostion ne peut être faite pour les niveaux supérieurs
Tendances évolutives :
$\Longrightarrow$	Niveaux technologiques croissants, les systèmes centralisés drainent progressivement toutes les ressource des systèmes non encore exploités –– conduisant à une expansion croissante
$\Longleftarrow$	Ralentissement de la croissance dans les galaxies colonisées à cause des vitesses limitées rendant la centralisation impossible

Type IV et V

Probablement vers 9000/10000 pour le Type IV et environ 12000/13000 pour le Type V.

	Type IV Colonisation du superamas local (10⁴⁶ W à 10⁵⁶ W) Fuite possible hors de l'univers à travers un trou noir artificiel^[6]
	Type V Colonisation de tout l'univers visible (10⁵⁶ W à 10⁶⁶ W)

Valeurs actuelles

Voici les valeurs passées et prévisionnelles de la production énergétique planétaire données par l'Agence internationale de l'énergie :

Année	Production énergétique				Équivalent fractionnaire de l'échelle de Kardashev
Année	exa joules/an	téra watts	Quads^[7]	mteps^[8]	Équivalent fractionnaire de l'échelle de Kardashev
1900	21	.67	20	500	0.58
1970	190	6.0	180	4500	0.68
1973	260	8.2	240	6200	0.69
1985	290	9.2	270	6900	0.70
1989	320	10	300	7600	0.70
1993	340	11	320	8100	0.70
1995	360	12	340	8700	0.71
2000	420	13	400	10000	0.71
2001	420	13	400	10000	0.71
2002	430	14	410	10400	0.71
2004	440	14	420	10600	0.72
2010	510	16	480	12100	0.72
2030	680	22	650	16300	0.73

Exemples de différents types de Kardashev dans la littérature

Les auteurs de science-fiction n'ont pas écrit leurs œuvres avec l'échelle de Kardashev en tête, aussi l'estimation des types, ci-après, n'est ni définitive, ni complète ni absolue.

Type I
- 3001, L'Odyssée finale, de Arthur C. Clarke
- Les Fontaines du Paradis, de Arthur C. Clarke
- La Trilogie de Mars, de Kim Stanley Robinson
- « The Empire of Man » du CoDominium, de Jerry Pournelle

Type II
- L'Anneau-Monde, de Larry Niven
- L'Étoile de Pandore, de Peter F. Hamilton
- Le Cycle de Fondation, d'Isaac Asimov
- La Fédération des planètes unies, dans Star Trek, avec une taille caractéristique du Type II avancé
- Les Anciens avant leur ascension, dans l'univers de fiction de Stargate (pourrait même se rapprocher du Type III après l'installation du réseau de Portes des Étoiles dans la Voie Lactée)
- The Forge of God, de Greg Bear
- L'empire féodal du Cycle de Dune, de Frank Herbert

Type III
- La Culture, de Iain M. Banks
- Le Cycle de l'élévation, de David Brin
- Les Inhibiteurs de L'Espace de la révélation, de Alastair Reynolds
- Les Extra-terrestres de l'univers alterne dans l'épisode Tunnel at the End of the Light de la série TV Andromeda de Gene Roddenberry
- La civilisation galactique de La Guerre des étoiles, de George Lucas, de taille caractéristique du Type III
- L'alliance des quatre races dans l'univers de fiction de Stargate (pourrait même se rapprocher du type IV en parlant des Asgards, l'une des quatre races, qui vivent dans une autre galaxie que les trois autres)
- L'Imperium (Warhammer 40,000)

Type IV et Type V
- Les Xeelee, de Stephen Baxter
- Les Dieux eux-mêmes, d'Isaac Asimov (difficile de fixer un type précis)
- L'homme à la fin de The Last Question, d'Isaac Asimov
- Le Continuum Q, dans Star Trek
- Les Danseurs de la fin des temps de Michael Moorcock
- Les Anciens de Stargate après leur ascension, dans Stargate SG-1

Relations avec la sociologie et l'anthropologie

La théorie de Kardashev peut être considérée comme l'extension d'autres théories sociales et, particulièrement, celle de l'évolutionisme social. Elle se rapproche de la théorie de Leslie White, auteur de The Evolution of Culture: The Development of Civilization to the Fall of Rome (1959). White a tenté de bâtir une théorie explicative de toute l'histoire de l'humanité. La technologie est le facteur prépondérant de cette théorie : « Les avancées technologiques déterminent l'organisation sociale », écrit White, se faisant l'écho de la thèse plus ancienne de Lewis Henry Morgan. Il propose comme mesure du niveau d'avancement d'une société la mesure de sa consommation énergétique (qui lui a donné son nom de théorie énergétique de l'évolution des cultures). Il a distingué cinq stades de développement de l'humanité. Dans le premier les hommes utilisent leur seule énergie musculaire. Dans le second, ils se servent d'animaux domestiques. Dans le troisième (que White nomme révolution agricole), ils se servent de l'énergie de la biomasse végétale. Dans le quatrième ils apprennent à extraire les énergies fossiles : le charbon, le pétrole et le gaz naturel. Finalement, au cinquième stade, ils se servent de l'énergie nucléaire. White a introduit la formule : P=E×T, où E est l'énergie consommée, et T un coefficient dépendant de l'efficacité des techniques utilisant cette énergie.

Notes

↑ Œcuménopole ou Cité universelle
↑ Une controverse sur le sujet se trouve à (en) www.futurehi.net
↑ (en) www.darkage.fsnet.co.uk
↑ (en) www.rfreitas.com
↑ (en) Où sont-ils ?
↑ (en) Magazine d'Astrobiologie
↑ Quads : 10¹⁵ BTU
↑ mtep : million de tonne équivalent-pétrole

Références

(en) Kardashev, N. S. Transmission of Information by Extraterrestrial Civilizations, Soviet Astronomy, 8, 217 (1964)
(en) www.astrobio.net
(en) Energy Consumption of Europe
(en) Wind Powering America
(en) Clean Energy for Planetary Survival: International Development Research Centre
(en) LBL Scientists Research Global Warming
(en) E³ Handbook
(en) Clarke H2 energy systems
(en) www.amacad.org
(en) Types Of Civilizations A Look Into A Human Perspective
(en) www-personal.umich.edu
(en) Key World Energy Statistics
(en) Shkadov Thruster
(en) Technological Spiral (vue alternative sur le développement des civilisations)
(en) urss.ru

Sources

Le Grand Atlas de l'Astronomie, Encyclopædia Universalis (ISBN 2852299801)

Voir aussi

Liens externes

(en) Kardashev civilizations
(en) longfuture.inno.bme.hu [pdf]
(en) Detectability of Extraterrestrial Technological Activities
(en) Energy and Culture
(en) Flash Animation on Civilizations
(en) Site de Paul Hawken

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