comment fonctionne son vaisseau ?

Dans Lightyear, les studios Pixar explorent le passé de Buzz l’Éclair (Buzz Lightyear dans la version originale), l’astronaute bien connu de la saga Toy Story, célèbre notamment pour sa fameuse réplique culte « vers l’infini et au-delà ». L’histoire suit Buzz et son équipe sur T’Kani Prime, une planète fictive située à 4,2 millions d’années-lumière de la Terre. Mais alors qu’ils explorent la planète pour le compte de la société Star Command, l’équipage se fait attaquer de toutes parts par des êtres vivants de la planète (nous n’en dirons pas plus), et leur vaisseau se retrouve alors détruit ! Il leur faut donc s’établir suffisamment longtemps, le temps de le reconstruire. Et ce fameux vaisseau, comment fonctionne-t-il ? Dans un communiqué d’Ariane Group qui analyse en détail le « Star Cruiser 42 », des ingénieurs se sont penchés sur plusieurs aspects du vaisseau. Que cela soit sa technique de propulsion, d’accélération, ou même la façon dont il ralentit, chaque élément est intéressant. Les procédés utilisés pour Lightyear le sont de plus dans de nombreuses autres œuvres de science-fiction.

Une rampe magnétique pour atteindre la vitesse de libération

Tout d’abord, la façon dont le vaisseau décolle puis accélère suffisamment pour atteindre la vitesse de libération de T’Kani Prime. Comme l’expliquent les ingénieurs, il utilise « la force magnétique d’une rampe ressemblant beaucoup à celle d’une montagne russe ». En effet, la rampe verticale, visible dans la bande-annonce, rappelle étrangement celle de Space Mountain. Cette méthode de transport par voie magnétique est actuellement utilisée pour des trains, notamment le train Maglev pour Magnetic Levitation, ou les trains à sustentation magnétique qui peuvent atteindre des vitesses prodigieuses ! Le tout premier du genre a été construit en Allemagne et date de 1979. Depuis, de nombreuses évolutions ont eu lieu, qui ont permis d’atteindre un record de vitesse de 603 km/h.

Le principe : que ce soit pour le Maglev ou la sustentation magnétique, de puissants électroaimants sont disposés tout le long des rails. Ensuite, le train dispose soit d’aimants classiques mais puissants, soit d’aimants supraconducteurs. La circulation du train induit un courant dans la voie, et la force résultante le fait léviter. Ce procédé est aussi utilisé pour certains drones, et pour de petits appareils de manière générale. Mais, petit problème : atteindre une vitesse suffisante pour se libérer de l’attraction terrestre (environ 11,2 km/s) n’est pas réalisable actuellement avec cette technologie, et encore moins pour un gros engin qui pèse plusieurs centaines de tonnes ! 

For all our young space fans, our engineers have watched “#Lightyear”, the movie telling the story of Buzz Lightyear, to find out whether the space technologies he uses could work in real life.
Have you seen it yet? https://t.co/FqXcfDMK86@Pixar@ChrisEvans@AngusMacLanepic.twitter.com/3lKzt0r4H5

— ArianeGroup (@ArianeGroup) July 21, 2022

Les cristaux de Lightyear, pour passer dans l’hyperespace

Mais après avoir décollé, il reste à atteindre l’hyperespace, c’est-à-dire à atteindre et dépasser la vitesse de la lumière. Petit rappel : d’après la théorie de la relativité établie par Einstein au XX^e siècle, c’est tout bonnement impossible, du moins dans le vide comme c’est le cas dans l’espace. Mais en science-fiction, l’hyperespace est bien réel, et utilisé régulièrement. Dans le cas de Buzz l’Éclair, ce dernier utilise un carburant très particulier. Comme il est dit dans le communiqué, c’est un classique de la science-fiction qui a été réutilisé ici par les studios Pixar : les cristaux. Aperçus en tant que dilithium dans Star Trek ou encore naqahdah dans Stargate, ils sont fabriqués dans Lightyear à partir de liquides colorés dont la nature n’est pas précisée dans le film d’animation. Les ingénieurs d’Ariane Group les ont cependant assimilés à des ergols liquides et ils servent, à l’instar de leurs analogues dans les autres œuvres, à atteindre des vitesses supraluminiques : c’est ce que l’on appelle l’hyperpropulsion. 

Mais petit hic : créer des cristaux à partir de liquides demande des conditions particulières de pression et de température. Tout commence par le mélange d’un élément chimique à une solution aqueuse. Le cristal se forme soit lorsque l’eau s’évapore, soit lorsque le mélange se refroidit et durcit. Le processus se transmet ensuite par accrétion aux autres molécules qui le composent, en suivant la maille élémentaire du cristal, et l’organisation régulière typique des cristaux se fait petit à petit. « La cristallisation peut se produire lorsqu’un magma durcit ou lorsque l’eau s’évapore d’un mélange naturel (notamment pour les cristaux de sel) », expliquent les ingénieurs.

Créer un cristal comme dans Lightyear, qui contient une quantité suffisante pour propulser tout un vaisseau n’est actuellement par réalisable, loin de là. Là où il suffit de quelques litres d’ergol, donc une masse de quelques kilogrammes pour Buzz L’Éclair, dans la réalité on compte en centaines de tonnes la quantité nécessaire. De plus, comme l’expliquent les ingénieurs d’Ariane Group, « bien que les scientifiques aient déjà tenté de stocker l’hydrogène dans des « cages » moléculaires, constituées de chaînes d’atomes de carbone, d’oxygène et d’hydrogène reliés par des ions métalliques (en pratique, un mélange liquide de sucre, d’alcool, de sel et d’eau), il n’est pas possible aujourd’hui pour fabriquer des cristaux à partir d’ergols comme ceux que nous utilisons pour nos lanceurs (oxygène et hydrogène liquide) ».

Les anneaux de décélération

Une fois que Buzz l’Éclair a fini son voyage, ou presque, il lui reste un élément important : l’atterrissage ! Il utilise pour cela des « anneaux de décélération », qui le ralentissent dès lors qu’il passe au travers et lui permettent ensuite d’atterrir en toute sécurité, enfin avec une vitesse moindre. Placés en orbite autour de la planète extraterrestre T’Kani Prime, la technologie derrière n’est pas précisée dans Lightyear, mais les ingénieurs supposent qu’ils généreraient un puissant champ magnétique capable de ralentir le vaisseau qui fonce à la vitesse de la lumière. L’idée peut séduire, car actuellement les voyages dans l’espace utilisent principalement l’attraction gravitationnelle des astres pour accélérer ou ralentir, mais « même si ce procédé économise beaucoup d’énergie et rend possible certains vols qui autrement ne pourraient pas être lancés, c’est une méthode assez longue. Par exemple, pour la mission BepiColombo lancée par Ariane 5 en 2018, le voyage dure sept ans jusqu’en 2025 et nécessite neuf passages planétaires (appelés gravité assists), dont six au-dessus de Mercure, sa destination finale, pour ralentir et partir en orbite autour de la planète », expliquent les ingénieurs.

Finalement, Lightyear utilise des procédés bien connus de la science-fiction, entre l’hyperespace, les méthodes originales de propulsion, de carburant… mais aussi les voyages dans le temps ! Pas liés directement au vaisseau cette fois, mais plutôt à sa vitesse. Sans dévoiler trop d’éléments du film, Buzz l’Éclair doit effectuer des tests de son vaisseau, pour qu’il transporte ensuite tout son équipage hors de la planète extraterrestre. Mais un vol d’essai en hypervitesse de quatre minutes pour lui revient à plusieurs années passées sur cette planète, si bien que lorsqu’il revient victorieux après un test réussi, il s’est écoulé plusieurs dizaines d’années ! Plus encore, le film d’animation met en scène, dans un moment que l’on ne citera, le paradoxe du voyage dans le temps ! Mais ces voyages temporels seront développés dans un autre épisode.