Gravité artificielle

La gravité artificielle est une simulation de la gravité dans l'espace ou en chute libre. Ceci faciliterait les voyages dans l'espace en évitant les problèmes liés à l'impesanteur.

Créer une gravité artificielle

Il existe plusieurs méthodes pour créer une gravité artificielle, plus ou moins difficiles à mettre en œuvre.

Rotation

Le vaisseau spatial peut tourner sur lui-même pour créer une force centrifuge. Tout objet à l'intérieur du vaisseau est attiré vers la surface du vaisseau, créant donc une gravité artificielle.

Cette technique a quelques effets secondaires.

• Des forces de Coriolis produites par la rotation peuvent donner le vertige, des nausées, ou désorienter. Des expériences ont permis de montrer qu'un taux de rotation plus faible réduisait les forces de Coriolis, et donc ses effets. Un taux de 2 tours par minute permet d'éviter les problèmes liés aux forces de Coriolis. Un taux de 7 tours par minute est trop élevé pour la plupart des personnes, et peu d’entre elles peuvent s'y habituer.
• Gradients de gravité: la gravité créée varie en fonction de la distance au centre de rotation. Si la vitesse de rotation est élevée, la tête et les pieds ne ressentent pas la même gravité. Cela pourrait rendre les mouvements difficiles.
• Moment angulaire: Comme noté plus haut, une grande vitesse angulaire produisant des hauts niveaux de force de Coriolis, le moment angulaire nécessite un système de propulsion pour accélérer ou ralentir la vitesse de rotation. De plus, si certaines parties du vaisseau ne tournent pas, le frottement et le moment diminuent la vitesse de rotation. Il faut donc des moteurs ou des volants d'inertie pour compenser les pertes en accélérant ou freiner certaines parties du vaisseau.

Image d'artiste d'un tore de Stanford avec un diamètre de 1 mile (1 609 m). Le tore tourne à 1 tour par minute pour produire 1 g

De nombreuses variantes de vaisseaux spatiaux utilisant une gravité artificielle existent, avec leurs avantages et inconvénients. Idéalement, le taux de rotation doit être inférieur à 2 tr/min pour réduire les effets des forces de Coriolis. Pour simuler une gravité similaire à la gravité terrestre (1 g), le rayon doit être d'au moins 224 m, ce qui représente un gros vaisseau spatial. Pour réduire sa masse, il pourrait être constitué de deux éléments reliés par un câble (par exemple, une partie pour l'habitation, et une autre pour le reste).

Il se pourrait que l'exposition à une forte gravité de temps en temps fût suffisante pour compenser les effets de l'impesanteur, ou qu'une faible gravité suffît. Dans le premier cas, un cylindre de 10 m tournant à 10 tr/min peut générer 1 g aux hanches (11% de plus aux pieds). Le deuxième cas permet également de réduire le rayon: une gravité de 0.1 g ne réclame qu'un rayon de 22m.

Accélération

En accélérant continuellement selon une ligne droite, le vaisseau spatial crée une force sur les objets internes, simulant une gravité dans le sens contraire à l'accélération. Pour cela, le vaisseau doit posséder une propulsion avec une impulsion spécifique très élevée, et un bon rapport puissance/masse. Avec une telle propulsion, les trajets à l'intérieur du système solaire sont courts, mettant Mars à 2-5 jours en accélérant à 1 g. C'est la méthode utilisée par la fusée fictive du Professeur Tournesol.

Masse

Une autre solution pour créer une gravité artificielle est d'installer un objet très dense dans le vaisseau spatial pour qu'il puisse créer son propre champ gravitationnel, et attirer les objets vers lui. En fait, il s'agit de la force de gravité habituelle, mais cette force est très faible avec des masses faibles. Un gros astéroïde ne peut créer que des millièmes de g, ce qui pourrait être trop peu pour être utilisable. De plus, la masse supplémentaire ajoutée au vaisseau spatial doit être déplacée avec lui, ce qui augmente la consommation énergétique lors des déplacements.

Force de marée

Les forces de marée permettent de créer une faible gravité artificielle sur un vaisseau en orbite terrestre. Pour cela, il faut relier deux masses par un câble: celle d'en haut est attiré vers le haut car elle va plus vite que sa vitesse orbitale, et celle d'en bas vers le bas. Cette différence de force entre le haut et le bas non seulement stabilise le vaisseau, mais crée une faible gravité artificielle.

Magnétisme

Dans les univers de science-fiction, la gravité artificielle est souvent présente dans des vaisseaux spéciaux qui ne tournent pas et n'accélèrent pas. Ceci n'est pas possible avec la technologie actuelle, même si un effet similaire pourrait être créé avec le diamagnétisme. Pour que l'effet soit visible, il faut éviter de placer des objets non-magnétiques à proximité du très puissant champ magnétique créé par des aimants très performants. Actuellement, des expériences ont permis de faire léviter au plus une grenouille, et donc de créer 1 g, mais en utilisant un aimant et un système qui pèse des milliers de kilogrammes qui reste supraconducteur avec des systèmes de refroidissements complexes.

Générateur de gravité

Il n'existe aucune technologie confirmée qui permette de créer de la gravité sans masse existante, même s'il y a eu beaucoup de rumeurs. Eugene Podkletnov, un ingénieur russe prétend depuis le début des années 1990 avoir construit un équipement contenant un supraconducteur rotatif créant un énorme champ gravitomagnétique, mais aucune vérification ou résultat négatif n'a pu être fourni par une autre équipe. En 2006, un groupe de recherche de l'ESA prétend avoir créé un équipement équivalent produisant des millionièmes de g^[1].

Fiction

Un habitat O'Neill ressemblant au cylindre du roman Rendez-vous avec Rama

Toutes ces solutions ont été appliquées dans des romans et univers de science-fiction variés.

Rotation

Dans le film 2001, l'odyssée de l'espace, une centrifugeuse du vaisseau spatial Discovery produit la gravité artificielle. Le film montre aussi une station spatiale rotative. Les gens marchent dans le vaisseau, les pieds vers l'extérieur et leur tête vers le centre de la rotation. De plus, le sol et le plafond s'inclinent vers le haut. Cet effet est montré dans le film grâce à des effets spéciaux: les acteurs marchent en bas d'un studio rotatif placé verticalement.

Le roman Rendez-vous avec Rama et ses suites se passent dans un habitat O'Neill. Cette construction est un énorme cylindre rotatif qui génère un g à son bord.

Dans la série télévisée Babylon 5, l'Alliance terrienne utilise énormément la rotation pour créer de la gravité artificielle dans ses stations spatiales et quelques gros vaisseaux militaires ou civils.

Générateurs de champ

Beaucoup d'univers de science-fiction contiennent des références à des générateurs artificiels de gravité, basés sur une masse inexistante. Ceci permet de créer des vaisseaux spatiaux qui ressemblent plus à la Terre, et réduit les coûts de productions dans les films et séries télévisées en évitant de devoir faire des effets spéciaux pour l'impesanteur.

Notes et références

Voir aussi

Liens externes

• Documents scientifiques sur la gravité artificielle
• Mars gravity experiment homepage
• La gravité artificielle en Science-fiction et technologie spatiale

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Artificial gravity » (voir la liste des auteurs)

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