Apogeios, le concept de ville spatiale construite avec des matériaux lunaires
— Actualités du 15 septembre 2019 —
Apogeios est un concept de ville spatiale imaginé par Olivier Boisard et Pierre Marx. Leur démarche est intéressante à plus d’un titre. Non seulement ils ont imaginé une architecture fonctionnelle mais ils ont aussi réfléchi à la façon dont leur projet pourrait être construit. L’idée générale reprend globalement la philosophie des travaux de Gerard O’Neill. Pour coloniser l’espace, construire des habitats spatiaux est au moins aussi intéressant que de s’installer à la surface d’une planète. Leur projet de ville spatiale est beaucoup moins grandiose que les visions de cylindres de Gerad O’Neill, mais il est beaucoup plus pragmatique.
Le projet s’articule autour d’un habitat spatial capable d’accueillir 10 000 habitants. Il serait assemblé au niveau du point de Lagrange L5 du système Terre-Lune. C’est un emplacement idéal puisque la main d’oeuvre et les robots seraient amenées depuis la Terre, tandis que les matières premières seraient amenées depuis la Lune. De cette façon, les coûts de transport sont limités pour un projet aussi pharaonique. Cela suppose par contre une industrialisation préalable de la Lune, mais on peut en apercevoir les prémices aujourd’hui.
La ville spatiale en elle-même s’articule autour de trois modules d’habitation placés en triangle autour d’une zone industrielle et agricole au centre. L’ensemble est mis en rotation, ce qui permet de générer une gravité artificielle de type terrestre au niveau des habitats. Chacun de ces habitats est constitué de quatre sphères pour une longueur totale de 400 mètres chacun. Dans ce triangle, on trouve un cercle formé de serres sphériques. Elles permettent de cultiver une surface de 30 hectares. Au centre de la ville spatiale se trouve un port spatial et une zone industrielle construite essentiellement à partir de matériaux lunaires.
Apogeios aurait une masse de 750 mille tonnes, soit environ 75 tonnes par habitant. Ce ratio n’est pas très loin de la station spatiale internationale car quand elle accueille six membres d’équipage sa masse est de 67 tonnes par habitant. Cette solution a le mérite de permettre à l’humanité de s’étendre durablement en dehors de la Terre à un coût comparativement modéré. Pour le moment, un tel concept dépasse largement nos capacités industrielles mais peut-être qu’un jour nous serons capables d’exploiter les ressources lunaires. Nos descendants ressortiront peut-être les plans d’Apogeios.
Qu’est-ce qu’une ville spatiale ?
Lorsqu’on imagine un futur à l’humanité hors de la planète Terre, on pense en général à d’autres planètes, et d’abord à la planète Mars. Mais il existe une autre option : la fabrication pure et simple d’habitats pour l’espèce humaine, que ce soit en orbite autour de la Terre ou autour d’autres objets célestes. Pour le moment, c’est encore de la science-fiction mais le sujet a pourtant été étudié à de nombreuses reprises par des gens très sérieux. L’idée d’une colonie humaine flottant dans le vide de l’espace est venu en premier à Konstantin Tsiolkovski. En 1903, il comprend qu un cylindre en rotation pourrait servir à simuler la gravité terrestre grâce aux forces centrifuges. Très rapidement au début du 20ème siècle, les concepts se multiplient au fur et à mesure qu’on découvre et qu’on comprend les conditions de l’environnement spatial. Des solutions sont imaginées pour permettre à l’être humain d’y habiter. Par exemple, Wernher von Braun imagine une roue de 76 mètres en orbite basse. En 1952, cette idée d’habitat spatial en forme de roue va être popularisée avec le film de Stanley Kubrick, « 2001 A Space Odyssey ». A partir des années 1960, le vol spatial devient réalité. Les grandes puissances lancent les premières stations spatiales afin d’étudier le séjour prolongé d’humains dans l’espace. Avec les premiers résultats, les modèles d’habitat spatiaux s’afinnent.
La ville spatiale imaginée par le physicien américain O’Neill
Dans les années 1970, la NASA commence à étudier sérieusement le sujet. L’administration spatiale américaine commandes des études de faisabilité auprès de quelques physiciens, notamment le docteur Gerard K. O’Neill. Il passera une grande partie de sa carrière au sein de l’agence spatiale américaine à travailler sur ces problématiques. Le premier design d’O’Neill pour la NASA s’appelle « Island One », une sphère creuse. L’idée est de contenir la population sur les faces intérieures de la sphère. Cette forme particulière à l’avantage d’équilibrer au mieux la pression de l’air et de fournir une protection efficace contre les radiations. O’Neill calcule qu’une sphère de seulement 500 mètres de diamètre pourrait abriter une population de dix mille personnes. En la faisant tourner au niveau de sa région équatoriale, on aurait une gravité équivalente à celle de la Terre. Des miroirs seraient chargés d’amener la lumière solaire à l’intérieur de la sphère. Un peu plus tard, O’Neill imagine une autre sphère de 1800 mètres de diamètre, « Island Two » capable d’accueillir une activité agricole et industrielle. L’idée est de donner une certaine indépendance à ses habitants avec ses propres moyens de production.Avec le concept de ville spatiale « Island Three », O’Neill opte pour une forme cylindrique de 8 kilomètres de diamètre et 32 kilomètres de long. L’habitat serait théoriquement assez grand pour avoir ses propres phénomènes météorologiques.
La construction d’une ville spatiale rencontre de nombreux obstacles
La construction d’un habitat spatial à grande échelle rencontre des obstacles très importants, dont le plus grand est sans doute le coût de l’accès l’espace. Même si tous les projets de SpaceX se réalisaient, il faudrait presque 70 000 lancements de BFR pour amener en orbite les matériaux nécessaires à la construction d’un habitat de 10 millions de tonnes capable d’accueillir 10 000 personnes, ce qui équivaut à 7 BFR par habitant. Avec sa centaine de colons par BFR, la colonie martienne proposée par Elon Musk semble bien plus réaliste. De plus, en choisissant de ne pas coloniser une planète, on est contraint de tout amener avec soi. La colonisation d’une planète apporte par ailleurs la garantie d’une gravité, d’une pression atmosphérique et de quelques ressources locales. Avec un habitat qui flotte dans l’espace, il faut partir de zéro. Bien que de nombreuses stations spatiales ont déjà fait leurs preuves, aucune n’a pour le moment pu faire la démonstration d’une gravité artificielle par force centrifuge. Une planète a aussi de fortes chances d’offrir un champ magnétique et donc un certain niveau de protection contre les radiations cosmiques. L’absence d’atmosphère signifie en outre qu’il n’y a aucune protection contre la chute de micrométéorites. Enfin, idéalement un habitat spatial devrait être autonome et donc offrir un écosystème capable de fonctionner. Cela suppose de créer et maîtriser un environnement qu’on est malheureusement incapable d’implémenter sur la planète Terre.
La construction d’une ville spatiale apporterait de nombreux avantages
Si on parvient un jour à mettre au point des méthodes de construction à très grande échelle dans le vide spatial, alors la fabrication d’habitats devient très séduisante. L’absence de gravité est certes une contrainte pour la vie humaine mais un atout pour le voyage spatial. Sans gravité, un habitat spatial devient une destination bien plus économe en carburant par rapport à une colonie planétaire. La possibilité de construire une ville spatiale en orbite ou à proximité de la planète Terre multiplie cet avantage. La vie terrienne tire la plus part de son énergie de la photosynthèse ou de la consommation d’organismes ayant recours à la photosynthèse. Un habitat spatial placé en orbite autour du soleil pourrait choisir ses conditions d’ensoleillement. Dans ses versions les plus extrêmes comme la sphère de Dyson, un habitat spatial récolterait l’ensemble de la lumière émise par une étoile.
Un seul système solaire même dépourvu de planètes habitables pourrait ainsi accueillir plusieurs trillions d’individus. Enfin, un habitat spatial permanent pourrait être un support à la colonisation planétaire. Si l’espèce humaine veut un jour devenir une civilisation interstellaire, elle n’a pas beaucoup de choix : soit elle découvre un moyen de voyager à une fraction non négligeable de la vitesse de la lumière, soit elle accepte que le voyage prendra plus d’une génération. Dans ce dernier cas, la seule option serait donc de construire de gigantesques habitats capables d’abriter un échantillon humain assez large pour éviter la consanguinité. Cet habitat serait chargé de voyager pendant de centaines ou des milliers d’années.
Des prémices de ville spatiale dans un futur proche
Dans un futur un peu plus proche, on peut raisonnablement supposer qu’on ne va pas passer d’un coup de la station spatiale internationale à une colonie géante en orbite terrestre. Cependant, on commence à s’intéresser aux étapes intermédiaires. Par exemple, l’entrprise privée Bigelow Aerospace créé des modules gonflables. Bigelow espère pouvoir mettre d’importants volumes habitables en orbite. Le plus gros de ces habitats spatiaux s’appelle le BA 2100, tout simplement parce qu’il offre 2100 mètres cube de volume pressurisé. Par comparaison, la station spatiale internationale dans son ensemble offre 9131 mètres cube de volume pressurisé. Pour reprendre la comparaison par rapport à une BFR, celle-ci devrait être capable de mettre en orbite deux BA 2100. Avec 75 tonnes par module et 4200 mètres cube de volume pressurisé par lancement, cela commence à devenir intéressant, cela
apporterait un certain confort aux activités humaines en orbite.
Que ce soit pour la science ou pour le tourisme spatial, la construction de mégastructures dans l’espace pourrait être facilitée en exploitant des ressources issues de corps célestes à faible gravité comme la lune ou des astéroïdes. C’est la solution qu’avait envisagée O’Neill. On peut alors penser que la colonisation de certains astres du système solaire, notamment la Lune et la planète Mars, pourrait servir de tremplin à la colonisation de l’espace. Mais tant que le coût de l’accès à l’orbite ne diminue pas drastiquement, cela reste de la théorie. Les prix agressifs de SpaceX sont très importants car cela oblige tout le secteur à trouver des solutions pour diminuer le coût de l’accès à l’espace. S’il y a peu de chances qu’on voit rapidement un cylindre géant abritant des dizaines de milliers d’humains, on peut au moins espérer que la première roue imaginée il y a plus de cent ans soulagera le mal de l’espace des futurs astronautes.
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Rick Guidice, NASA Ames Research Center; color-corrector unknown [Public domain], via Wikimedia Commons
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Olivier Boisard et Pierre Marx
