Nom: Sphère de Bernal; Torus de Stanford; Cylindre d’O’Neill

Nommé Pour: Respectivement, le scientifique britannique John Desmond Bernal, qui a proposé l’idée en 1929; un programme d’étude d’été organisé par la NASA en 1975 à l’Université de Stanford; Le physicien de Princeton Gerard K. O’Neill dans un livre de 1976 sur la colonisation spatiale.

Portraits de science-fiction sélectionnés: Les stations spatiales ressemblant à des tores de Stanford sont représentées dans le film 2001: Une Odyssée de l’espace de 1968 et Elysium de 2013. Un cylindre O’Neill modifié a servi de base à la station spatiale Babylon 5 dans la série télévisée des années 1990 du même nom et dans les romans Rama d’Arthur C. Clarke.

Le désir de vivre dans de nouveaux endroits a poussé notre espèce à s’installer dans les climats les plus rudes de la Terre, des déserts aux toundras. Un jour, cette même envie (ou, de façon moins optimiste, la dévastation de notre monde d’origine) pourrait nous pousser à coloniser l’environnement le plus difficile de tous: l’espace.

Bien qu’elles semblent insondablement futuristes, les stations spatiales abritant plusieurs milliers de personnes sont en fait bien dans notre savoir-faire technique et d’ingénierie. Les scientifiques ont fait valoir que des avant-postes spatiaux permanents pourraient être construits pour moins que ce que les États-Unis dépensent chaque année pour leur armée.

Dans les années 1970, par exemple, des chercheurs financés par la NASA ont étudié la faisabilité de plusieurs conceptions de colonies. Et ils ont dû le faire pour moins de 35 milliards de dollars (au nord des 200 milliards de dollars actuels). « Tout devait être basé sur ce qui était disponible à l’époque », a déclaré Jerry Stone, responsable du projet SPACE (Study Project Advancing Colony Engineering) de la Société interplanétaire britannique, qui met maintenant à jour les conceptions vieilles de plusieurs décennies pour prendre en compte de nouveaux matériaux tels que la fibre de carbone, ainsi que des robots modernes et la puissance de calcul.

Cet atelier des années 1970 a produit trois concepts de conception distincts qui sont encore largement référencés aujourd’hui: la sphère de Bernal, le tore de Stanford et le cylindre O’Neill. Nous les utiliserons donc comme guide de ce qu’il faudrait pour construire une colonie prospère dans l’espace. Les trois modèles contiennent essentiellement un espace de vie tourné pour induire la gravité, la principale différence étant la forme utilisée.

La Sphère de Bernal

Une sphère de Bernal extérieure. (Crédit Photo: Une sphère de Bernal est essentiellement un globe d’environ un tiers de mille de diamètre qui tourne presque deux fois par minute pour fournir une gravité terrestre le long de son équateur. (Cette sensation de gravité artificielle se répandrait près des pôles.)

Environ 10 000 personnes pourraient peupler l’espace intérieur, leurs bâtiments bordant la courbe et apparaissant au-dessus de l’étendue de la sphère.

Un intérieur de sphère de Bernal. (Crédit Photo: Rick Guidice /NASA)

Le tore de Stanford

Un tore de Stanford, un tube en forme de beignet de 430 pieds d’épaisseur avec un diamètre de 1,1 miles, tourne une fois par minute pour produire sa gravité. La partie interne du tube est ouverte, comme dans le film Elysium, ou entourée d’un matériau transparent pour laisser entrer la lumière.

L’extérieur d’un tore de Stanford. Un miroir, situé au-dessus du tore, dirige la lumière du soleil dans l’anneau de l’habitat. (Crédit photo: Don Davis/NASA)

Le tore abriterait un nombre similaire de colons que la sphère. Les horizons s’inclineraient, vers le haut, et l’anneau du paysage habité s’envolerait au-dessus de la tête ferait pâmer les nouveaux arrivants. Six rayons relient l’anneau de l’habitat à un hub central où les engins spatiaux peuvent s’amarrer. Une estimation de masse: 10 millions de tonnes.

L’intérieur d’un tore de Stanford. (Crédit photo: Don Davis /NASA)

Le cylindre O’Neill

La troisième forme est le cylindre O’Neill, dont le corps principal mesure environ 5 miles de large et 20 miles de long. Trois bandes de terre s’étireraient le long de l’intérieur, avec trois bandes entrecoupées de taille égale servant de fenêtres géantes et scellées.

La taille énorme du cylindre signifie qu’une rotation douce d’un tour toutes les minutes et demie suffirait à la gravité terrestre. Un problème, cependant, est que les objets veulent tourner autour de leurs axes longs, de sorte qu’un système de contrôle actif serait nécessaire pour maintenir le taux de rotation souhaitable sur les axes courts. O’Neill a également envisagé que les cylindres viendraient toujours par paires contrarotatives pour compenser les effets gyroscopiques déstabilisants qui feraient que les cylindres s’éloigneraient de leurs angles prévus, orientés vers le soleil.

Intérieur du cylindre O’Neill. (Crédit photo: Rick Guidice / NASA)

Alors que l’une de ces colonies spatiales serait beaucoup plus vaste que le plus grand projet d’infrastructure spatiale de l’humanité à ce jour, la Station spatiale internationale, leurs conceptions ne poseraient pas de défis d’ingénierie insurmontables. « Du point de vue de l’ingénierie, la structure est très facile — les calculs d’ingénierie sont totalement valables », explique Anders Sandberg, chercheur au Future of Humanity Institute de l’Université d’Oxford, qui a étudié les concepts de mégastructure.

Miner la Lune

Le plus gros problème est la logistique. Envoyer suffisamment de matériel dans l’espace pour construire une colonie coûterait beaucoup d’argent. Un meilleur pari: établir des installations de fabrication simples dans l’espace conçues pour utiliser des matières premières extraites de la lune ou des astéroïdes.

Le véritable économiseur de coûts envisagé par O’Neill serait l’installation d’une grande catapulte électromagnétique sur la lune. Populaires parmi les amateurs comme les coilguns, ces appareils utilisent des électroaimants pour propulser une charge utile magnétisable vers le bas d’un arbre. Grâce à la faible gravité de la lune, qui ne représente qu’un sixième de celle de la Terre, jeter suffisamment de matière dans l’espace serait un jeu d’enfant.

« Ce qui est bien avec un lanceur électromagnétique, une fois qu’il a été construit, les coûts de lancement sont à peu près nuls », explique Stone. « Vous n’avez pas à fournir de carburant, juste de l’électricité, et vous obtenez cela du soleil par l’énergie solaire. »

Les ingrédients bruts de la lune ou des astéroïdes ont pu être transformés molécule par molécule, grâce à la technologie d’impression 3D, en la plupart des composants nécessaires à la colonie. « Grâce aux échantillons d’Apollo, nous connaissons la composition des roches lunaires et du sol », explique Stone. « Il y a beaucoup d’oxygène, dont nous avons besoin pour respirer; beaucoup d’aluminium, qui est nécessaire pour les pièces structurelles; il y a du silicium, pour les fenêtres; et du magnésium et du titane et d’autres choses utiles. »

D’autres éléments structurels clés comprendraient des panneaux solaires pour l’énergie et des miroirs pour orienter la lumière du soleil réfléchie dans les enceintes de l’habitat à travers leurs fenêtres. Les robots pourraient gérer une grande partie de la construction elle-même, guidés par des humains ou travaillant de manière autonome. Le sol et d’autres articles spécifiques à la Terre, tels que la faune, devraient, avec une certaine difficulté, être expédiés en altitude.

Colonies Construites pour durer

Les colonies achevées résideraient dans le point Lagrangien connu sous le nom de L5, une île de stabilité où l’attraction gravitationnelle de notre planète, de la lune et du soleil s’équilibrent. Des zones agricoles dédiées (situées dans des tores supplémentaires à l’extérieur de la sphère Bernal ou dans les embouts du cylindre O’Neill, avec des contrôles environnementaux optimisés) permettraient aux colons de rester bien nourris avec des aliments frais. Le commerce avec d’autres colonies et la Terre fournirait toutes les marchandises indisponibles.

Pour protéger les colonies des impacts de météorites, les restes de scories de fabrication pourraient être accumulés comme rembourrage à l’extérieur de la colonie. En général, disent les experts, les météorites devraient être une nuisance gérable.

« Une météorite avec une vitesse cinétique suffisante pour casser un panneau de fenêtre pourrait se produire tous les trois ans », explique Stone, sur la base d’études sur le problème. Les fenêtres seraient faites de nombreux petits panneaux, donc on se brisait de temps en temps, pas de problème — il faudrait des siècles pour que l’air de la colonie s’échappe.

Protéger les résidents des rayonnements spatiaux nocifs est cependant plus délicat. Les rayons cosmiques de l’espace profond ne pourraient raisonnablement pas être arrêtés si les humains vivaient en dehors de la protection de l’atmosphère de notre planète. Les résidents de l’espace auraient des risques de cancer légèrement élevés, atténuables par des dépistages fréquents, dit Stone.

En ce qui concerne le rayonnement du soleil, plusieurs pouces de protection contre l’eau en bloqueraient la majeure partie. Lors d’éruptions solaires rarement intenses, les colons pouvaient se réfugier dans des « abris anti—tempête » épais, ce qui n’est pas sans rappeler les précautions prises pour les événements météorologiques majeurs sur Terre.

Un avantage : les colonies spatiales seraient à l’abri des catastrophes naturelles terrestres. « Dans les colonies, il n’y aurait pas de tremblements de terre, pas d’ouragans, pas de tsunamis, pas de volcans », dit Stone. « De plus, vous contrôlez à peu près la météo dans un cylindre O’Neill. Parce qu’il est si grand, vous auriez des nuages de pluie naturels qui se forment là-dedans. »

Ce niveau de contrôle — et la chance de prospérer dans la dernière frontière – devraient motiver l’humanité à quitter notre foyer planétaire. Comme l’a écrit O’Neill dans Physics Today en 1974: « Je crois que nous avons maintenant atteint le point où nous pouvons, si nous le voulons, construire de nouveaux habitats beaucoup plus confortables, productifs et attrayants que la majeure partie de la Terre. »