L'arche interstellaire, le retour de la déchéance !

[Geb]

Bonjour dinank,

Tout d'abord, je te souhaite la bienvenue sur le forum de Futura-Sciences.

- avec 1000t satellisés en orbite géostationnaire tous les 4 jours, on peut envisager d'envoyer la matière pour construire un câble sur mars, notamment, mais aussi pour construire d'autres câbles sur terre. Après tout s'accélère de façon exponentielle.

Qu'en pensez-vous ?

Comme tu as lu le papier d'Edwards, tu sais qu'il devrait utiliser une série de câbles en nanotube de carbone de 3,2 mm d'épaisseur, et qu'à chaque câble ajouté, la charge utile de l'ensemble augmenterait de ~1,5%. Toujours selon Edwards, le poids de l'ascenseur proprement dit pourrait atteindre 20 tonnes avec 207 de ces câbles, à raison d'un nouveau câble tous les 4 jours. L'ascenseur proprement dit, pesant 20 tonnes pourrait embarquer une charge utile de 13 tonnes.

Pour faire passer la charge utile de 20 à 1000 tonnes, il faudrait ajouter 263 nouveaux câbles au 207 déjà en place. Soit...

Dans sa prospective la plus optimiste, Bradley Edwards estime qu'un câble pourrait satelliser jusqu'à 1000 tonnes à la fois, et qu'un tel lancement pourrait être assuré tous les 4 jours. De plus, il estime que en fonction du type de charge utile et de la destination, le coût d'accès à l'orbite serait réduite d'un facteur 2 à 100 fois par rapport au coût actuel. La flotte de Skylons que j'ai mentionné pourrait aussi atteindre une réduction d'un facteur 100.

J'ai pourtant estimé qu'une flotte de Skylons pourrait satelliser jusqu'à 41610 tonnes sur la même période. Pour égaler un tel rythme, il faudrait construire 42 ascenseurs spatiaux sur l'équateur. Déjà que je trouve l'idée d'un construire un seul complètement irréaliste, alors imaginer que 42 seraient construits... et encore, avec 42 ascenseurs spatiaux, on satelliserait le carburant de l'Arche en 6 siècles alors qu'il faudrait viser moins de 1 siècles. Donc en définitive, il faudrait construire 252 ascenseurs spatiaux sur l'équateur pour que ceux-ci soient une alternative satisfaisante (autrement dit, que le carburant soit satellisé en 1 siècle). Encore que faire passer l'ascenseur de 20 tonnes à 1000 tonnes ne signifie pas que la charge utile soit de 1000 tonnes. Si on extrapole directement à partir des capacités de l'ascencer de 20 tonnes (13 tonnes de charge utile), ce serait plutôt 650 tonnes [(1000/20)*13]. Ce qui veut dire que le nombre d'ascenseurs nécessaire pour satelliser les milliards de tonnes de carburant en 1 siècle passe de 252 à 387 ! Il y a comme un problème, non ?

Au-delà de l'aspect je dirais "logistique", construire un seul câble en nanotube de plus d'un mètre est extrêmement difficile (on y est pas encore arrivé à ma connaissance). Dans ce contexte, j'ai du mal à imaginer que l'on soit capable de construire, puis d'assembler 470 câbles (207+263) de 3 mm de diamètre pour 91000 km de long (!). Aussi, le problème du nanotube, c'est qu'un seul problème structurelle dans l'assemblage des atomes du câble réduit drastiquement la résistance de celui-ci. Hors, on ne sait pas construire des structures parfaites au niveau atomique.

Plus loin dans le papier d'Edwards, on peut lire :

In figure 8.1 we can see how the taper ratio and masses of the space elevator system depend on the safety factor. The mass has a direct impact on the schedule as well. Keeping the power beaming and climber attributes the same a cable with a safety factor of 6 would take approximately 7 times as long to build as one with a safety factor of 2. In the proposed scenario this would be 16 years instead of 2.3 to put up the first 20-ton capacity cable.

Dans ces conditions, la vitesse d'assemblage d'un câble est divisée d'un facteur 7. On pourrait imaginer que les 387 ascenseurs soient construits en parallèle pour réduire le temps de construction, mais est-ce vraiment réaliste ?

Pour ces raisons, je ne vois pas comment on pourrait envisager sérieusement que nous puissions construire un ascenceur spatial même d'ici la fin du siècle (horizon technologique), et encore moins plusieurs centaines de ces ascenseurs sur l'équateur pour satelliser le carburant d'une arche interstellaire.

Cordialement.
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[pelkin]

Cette arche serait comme le Titanic, insubmersible dans l’océan interstellaire.

Déclaré insubmersible et coulé corps et biens lors de son voyage inaugural ... c'est franchement pas la comparaison à choisir !

[dinank]

@Geb : merci pour la bienvenue

Il y a des choses que je ne comprends pas dans ton post :
- Il me semblait que le projet Skylon permet de satelliser des charges en orbite basse, mais avec le câble, on parle d'orbite géostationnaire non ?
donc, soit on satellise plus loin et on gagne le delta v nécessaire à atteindre l'orbite géostationnaire, soit on satellise en orbite basse et on augmente la fréquence des ascenseurs (2000km aller retour au lieu de 64000km).
- En outre, avec l'effet de fronde, on peut atteindre pour un coût en carburant nul l'orbite martienne (on envoie la charge sur une orbite de transfert au bon moment, et, sans freinage, le chargement est cueilli au vol par l'ascenseur martien) ou la ceinture pour le même prix.
- Ensuite, pourquoi le ratio charge utile / masse totale serait le même pour un ascenseur de 20t et un ascenseur de 1000t alors qu'il n'emporte pas de carburant ?
- Il n'est pas question de produire un câble d'une seule pièce de 91000km de long. Ce serait plutôt un assemblage de nanotubes de l'ordre de la dizaine de cm (propositions de tissage p. 2.4 et suivantes, sans compter que des études pourraient être menées pour déterminer la meilleur façon de tisser ce câble.
- sur le dernier point, tu verras qu'Edwards explique justement que l'augmentation de la masse du câble n'arrange pas le problème : "increasing the safety
factor (taper ratio) of our cable will greatly increase the construction time and costs without increasing the likelihood of our cable surviving." d'autres méthodes (notamment la forme et la courbure du câble, voire son oscillation) seraient bien plus efficaces.
- Enfin, sur des projets tels que skylon ou l'ascenseur spatial, qui n'en sont qu'a un stade plus que préliminaire, et qui sont autant controversés l'un que l'autre, qu'est ce qui te permet de dire que l'un est envisageable sous 100 ans et pas l'autre ?

cordialement.

[Geb]

Il me semblait que le projet Skylon permet de satelliser des charges en orbite basse, mais avec le câble, on parle d'orbite géostationnaire non ?
donc, soit on satellise plus loin et on gagne le delta v nécessaire à atteindre l'orbite géostationnaire, soit on satellise en orbite basse et on augmente la fréquence des ascenseurs (2000km aller retour au lieu de 64000km).

Le Skylon peut emporter un deuxième étage dénommé SUS (Skylon Upper Stage) qui lui permet de satelliser 6,25 tonnes en orbite géostationnaire si le SUS est récupéré (une petite partie du carburant sert à regagner l'orbite basse), ou 8,25 tonnes si le SUS n'est pas récupéré.

La question est de savoir où l'Arche est assemblée... En orbite basse ? En orbite géostationnaire ? Plus loin encore ?

D'où te vient ce nombre de 64000 km ? L'orbite géostationnaire est à 35787 km d'altitude, soit plutôt 72000 km aller-retour.

En outre, avec l'effet de fronde, on peut atteindre pour un coût en carburant nul l'orbite martienne (on envoie la charge sur une orbite de transfert au bon moment, et, sans freinage, le chargement est cueilli au vol par l'ascenseur martien) ou la ceinture pour le même prix.

L'objectif principal de Gilgamesh, si j'ai bien compris, c'est la ceinture d'astéroïde. Mais le problème principal qui m'a incité à penser au Skylon, c'est l'alimentation de l'Arche en carburant nucléaire. Gilgamesh envisageait l'utilisation du Polywell pour son Arche interstellaire, avec la fusion nucléaire dite aneutronique entre de l'hydrogène et l'isotope 11 du bore. Les réactifs de fusion devraient être introduits sous forme de diborane, de formule chimique B₂H₆ (1,216 g/cm³), comme stipulé dans ce pdf, parce que dans un mélange riche en hydrogène, les pertes par rayonnement sont moins importantes (plus d'infos en page 12 de ce pdf).

Que l'ascenseur spatial nous permette d'aller vers Mars importe peu, qu'il nous permette d'atteindre la ceinture est utile, mais cela ne prouve pas qu'il permette de résoudre ce problème d'alimentation en carburant plus rapidement que ne le ferait d'autres options comme une flotte de Skylons.

Ensuite, pourquoi le ratio charge utile / masse totale serait le même pour un ascenseur de 20t et un ascenseur de 1000t alors qu'il n'emporte pas de carburant ?

Il est vrai que d'habitude, les coiffes en carbone des lanceurs actuelles sont dimensionnées pour limiter leur poids et que dans la plupart des cas le rapport (masse de la coiffe / masse de la charge utile totale en orbite basse) est d'environ 10%. Cette constance est liée au fait que le rapport volume/poids alloué au satellite est quasi fixe pour la plupart des familles de lanceurs. Je rappelle que le but c'est de transporter du diborane à 1,2 tonne/m³

Edwards imagine que l'ascenseur est propulsé par un puissant rayon laser au sol. La nécessité d'un grand collecteur, et d'autres subtilités liées au mode d'alimentation en énergie, pourraient expliquer que la structure ne représente plus un rapport de 1/10e mais plutôt de 1 tiers. Cela m'incite à penser qu'un ascenseur pesant 1000 tonnes aurait le même rapport (masse de la structure / masse de la charge utile). En effet, comme l'énergie collectée décroît comme l'inverse du carré de la distance à la source, on peut supposer que le rapport entre la masse du système d'alimentation et celle de la charge utile ne change pas, a durée de trajet égale (4 jours) et donc il est toujours de 1/3.

Il n'est pas question de produire un câble d'une seule pièce de 91000km de long. Ce serait plutôt un assemblage de nanotubes de l'ordre de la dizaine de cm (propositions de tissage p. 2.4 et suivantes, sans compter que des études pourraient être menées pour déterminer la meilleur façon de tisser ce câble.

En réponse à cela, je te conseille de lire cet article, qui parle d'une étude de 2006, dont Edwards n'avait évidemment pas connaissance lorsqu'il a publié son étude sur l'ascenseur spatial en 2002. Cet article m'a suffit à croire que la technique du tissage ne permettrait pas de faire un ascenseur spatial, même avec des matériaux aussi résistants que les nanotubes.

sur le dernier point, tu verras qu'Edwards explique justement que l'augmentation de la masse du câble n'arrange pas le problème : "increasing the safety
factor (taper ratio) of our cable will greatly increase the construction time and costs without increasing the likelihood of our cable surviving." d'autres méthodes (notamment la forme et la courbure du câble, voire son oscillation) seraient bien plus efficaces.

L'oscillation du câble ne paraît pas la meilleure solution à la lecture de ceci.

Enfin, sur des projets tels que skylon ou l'ascenseur spatial, qui n'en sont qu'a un stade plus que préliminaire, et qui sont autant controversés l'un que l'autre, qu'est ce qui te permet de dire que l'un est envisageable sous 100 ans et pas l'autre ?

Le Skylon en était encore exclusivement à l'étude papier avant 1999. Après cela, l'activité a commencé autour de la manufacture des échangeur de chaleur. Cependant, elle est restée marginale jusqu'en 2006. Mais depuis lors, et surtout depuis ces 2 dernières années, je ne pense pas qu'on puisse qualifier le stade de développement du Skylon de "plus que préliminaire". Par contre, je suis tout à fait convaincu que ce vocable s'applique à l'ascenseur spatial.

Le Skylon utilisent des composants relativement courant de l'industrie aéronautique et astronautique, à l'exception des 4 échangeurs de chaleur qui composent le moteur SABRE et un rapport de 3 experts de l'ESTEC (un labo de l'Agence Spatiale Européenne), rendu public le 24 mai 2011, a récemment apporté plus de crédit à la faisabilité technique du Skylon. La fin des tests des échangeurs modèles réduits du HX1 et HX2 du SABRE, prévue pour la fin de ce mois, devrait, si les tests sont concluants, permettre un investissement relativement important de 350 millions de dollars , comme l'a rappelé Mark Hempsell récemment.

En outre, il n'y a pas actuellement d'investissement d'un montant comparable à celui du Skylon (plus de 100 millions de dollars par an entre 2014 et 2016) de prévu dans ce domaine de recherche. Je peux donc, en l'état actuel, raisonnablement penser que le Skylon a au moins cet avantage d'une promesse d'investissement (qui n'aura peut-être pas lieu je l'admet) d'ici le mois d'avril 2012, si tout va bien, ce qu'on pourrait qualifier de court terme.

Cela dit, j'avoue que je connais bien moins l'état des compagnies qui développent les technologies associées de près ou de loin au développement de l'ascenseur spatial que je ne connais la situation des entreprises liées au développement de l'avion orbital Skylon et de son moteur SABRE. Pourtant, il me semble que les Space Elevator Games brassent des sommes vraiment marginales en comparaison.

Cordialement.

[dinank]

Je vais répondre à tes arguments points par point, même s’il me semble assez risible de débattre sur un sujet d’anticipation en s’envoyant des arguments à la figure comme un supporter de foot qui défend son équipe fétiche !

Mais avant, il y a quelque chose qui me gêne dans le scénario que tu décris, et qui est sans doute plus important que ce débat un peu stérile entre deux technologies futures, débat qui risque fort d’être sans fin tant que la réalité ne rattrapera pas la fiction.
Pour dire les choses de façon très abrupte : j’ai un peu l’impression, mutatis mutandis, de retrouver le débat entre les défenseurs de la machine à vapeur et de la propulsion animale, ou mieux, entre la locomotive à vapeur et la locomotive électrique.
Apparue au début de la première révolution industrielle, la locomotive à vapeur est un maillon essentiel de l’industrialisation des économies occidentales. A ses débuts, elle est moins rentable, plus chère, et moins efficace que la propulsion animale. Il faut attendre les années 1930-1940, et alors la technique des locomotives est telle que l’on atteint des valeurs ahurissantes : 60 000 chevaux pour la loco Big Boy en 1941, 202km/h pour la loco Mallard en 1938. 20 ans plus tard, dans les années 50, les locos électriques d’usage courant peinent à atteindre les 1000 chevaux et les 100km/h.
Tu dois comprendre ce que je veux dire : miser sur le moteur fusée au début du XXIe siècle, j’ai l’impression que c’est un peu comme miser sur la traction hippomobile au début de la révolution industrielle, ou sur la machine à vapeur au milieu du XXe siècle.
Bref, ce qui me gêne dans ton scénario, c’est qu’il lui manque un changement de paradigme : utiliser des Skylon pour satelliser des gigatonnes de bore, c’est un peu comme construire le barrage des Trois-Gorges avec une pelle et une brouette. C’est importer des écrans plats chinois en Europe à dos de mulet : il y a un certain manque de cohérence.
Pour ce genre d’entreprises colossales, il faut sortir du cadre de réflexion habituel. Il faut une technologie qui permette de transporter du fret en orbite avec une rentabilité économique équivalente voire supérieure au transport de minerai par bateau aujourd’hui. Il faut également envisager la rentabilité écologique, qui devient de plus en plus importante, bref, il faut un saut technologique de même ampleur que celui de la machine à vapeur, ou que celui de la locomotive électrique. Ah, ce serait sans doute possible de satelliser des gigatonnes avec des Skylon, je n’en doute pas. De la même façon, on pourrait relier Bruxelles, Paris, Lyon et Marseille avec des locomotives Mallard. Mais 50 ans plus tard, on sait relier Bruxelles, Paris, Lyon et Marseille avec des TGV.

Je ne suis pas sûr que les moteurs-fusée fassent partie de ce changement de paradigme dans l’accès à l’orbite basse. Je te donne un seul exemple : Quid des émissions de gaz à effet de serre ? Quid des retombées ?
Écologiquement parlant, l’ascenseur spatial semble meilleur. Les pires dégâts que l’on peut imaginer, c’est si les 91000km de câble retombent sur terre. Une partie se consumera dans l’atmosphère, et on risque des dépôts de quelques tonnes de nanotubes sur l’équateur. Il y a encore beaucoup d’études à faire sur la nocivité des nanotubes… mais elles ont déjà commencé. En comparaison, imagine les quantités astronomiques de carburants, de revêtements de protection, voir des composants à usage unique brûlés par une flotte de Skylon, soit au décollage soit lors de leur réentrée dans l’atmosphère. On n’est pas du tout dans les mêmes ordres de grandeur. Là aussi on pourrait poursuivre sur la comparaison avec le train à vapeur et le train électrique.

Bref, utiliser un moteur à réaction me semble revenir, à premier vue, à appliquer une idée du XXe siècle pour mener à bien un projet du XXIIe siècle. Entendons nous bien : je ne dis pas que l’ascenseur spatial est la bonne solution ; je dis que l’ascenseur spatial semble intégrer ce changement de paradigme nécessaire à la réalisation d’un tel projet, changement de paradigme qui me semble hors de portée d’une sorte de navette spatiale améliorée.
Après, cet ascenseur spatial ne sera peut être pas construit en nanotubes de carbone, il ne sera peut être pas réalisé au XXIe siècle, il n’est peut être tout simplement pas physiquement possible de le réaliser. Aujourd’hui, on sait que l’on ne peut pas le faire en l’état actuel de la technologie. Mais on ne peut pas dire que c’est un projet physiquement impossible.
Bien plus que le Skylon, le concept d’ascenseur spatial est une révolution qui peut rendre réalisable la construction industrielle de masse en orbite :
- le coût pour satelliser une charge x en orbite géostationnaire ou pour envoyer cette même charge à n’importe quel point entre Vénus et Jupiter est identique dès lors que l’on est dans le plan de l’équateur terrestre.
- Edwards estime que sur 10 ans, le coût de fonctionnement de l’ascenseur (tout compris dans sa version 20t) sera de 1,5 milliard de dollars, soit 119 dollars par kilo placé en orbite géostationnaire (14 000kg par ascenseur, 90 ascenseurs par an, pendant 10 ans soit 12,6 millions de kg placés en orbite géostationnaire.) D’après la page wikipedia anglaise du skylon, on est dans des ordres de grandeurs de 1000 dollars du kilo placés en orbite basse (£650). Rien à voir.
- des vibrations minimales dans l’opération
- le retour sur terre est aussi simple que l’envoi en orbite

Voyons tes arguments maintenant :

D'où te vient ce nombre de 64000 km ? L'orbite géostationnaire est à 35787 km d'altitude, soit plutôt 72000 km aller-retour.

Au temps pour moi, j’avais cité de mémoire 32 000km. Merci d’apporter de l’eau à mon moulin : le temps mis par un ascenseur pour satelliser des gigatonnes en orbite basse sera donc plus court.

En effet, comme l'énergie collectée décroît comme l'inverse du carré de la distance à la source, on peut supposer que le rapport entre la masse du système d'alimentation et celle de la charge utile ne change pas, a durée de trajet égale (4 jours) et donc il est toujours de 1/3.

Strictement rien ne te permets de dire cela. La seule source dont nous disposons toi et moi c’est le papier d’Edwards, et il envisage très brièvement (p. 3.7) la question de la répartition de la masse de l’ascenseur. L’énergie du laser serait reçue par des espèces de panneaux photovoltaïques dont il estime la surface à 3m². Il envisage soit de les placer sur les côtés de l’ascenseur (et d’émettre le faisceau assez loin de la base du câble), soit de les placer dessous (et d’émettre à la base du câble). La structure de l’engin n’a pas à supporter le stress du lancement par une fusée, elle peut donc être légère. De même pour les systèmes de contrôles et de communication, ils seront minimaux : il faut surveiller la vitesse, la tension du câble, la position de l’ascenseur… rien de bien compliqué. Le plus délicat sera sans doute le refroidissement. Une partie de l’énergie reçue par l’ascenseur sera transformée en chaleur, il faudra la dissiper. Mais la encore, les nanotubes peuvent faire des miracles vu leur conductivité thermique, il serait donc envisageable d’utiliser le câble lui-même pour dissiper l’excédent de chaleur grâce à un pont thermique entre les panneaux et le câble. Edwards estime que l’on peut envisager un rapport de 1kg de structure pour 9kg de charge utile). Et pourquoi ne pas envisager une alimentation électrique directement par le câble, via une sorte de pantographe ?

En réponse à cela, je te conseille de lire cet article, qui parle d'une étude de 2006, dont Edwards n'avait évidemment pas connaissance lorsqu'il a publié son étude sur l'ascenseur spatial en 2002.

Je connais bien sûr cet article, je l’ai lu au moment de sa publication. C’est celui ou il est expliqué qu’un atome manquant dans un nanotube réduit sa résistance de 30%. Mais tu enterre le bazar un peu vite, la recherche autour des nanotubes est en constante évolution. Je t’ai dit 2002, tu m’as répondu 2006, je te rétorque 2010 :
http://www.futura-sciences.com/fr/ne...e-prevu_25228/
Enfin, Edwards avait déjà conscience de l’enjeu en 2002 : il précise qu’un contrôle de la qualité du câble à l’échelle atomique devra être effectué au moment de la production. Mais s’il n’y avait pas de problèmes empêchant de réaliser l’ascenseur spatial il serait déjà en fonctionnement non ?
J’admets de toute façon de bon cœur que la technologie ne permet pas la création d’un ascenseur spatial pour l’instant, mais elle ne permet pas non plus la fusion aneutronique du bore (lire plus bas).

L'oscillation du câble ne paraît pas la meilleure solution à la lecture de ceci.

Pourquoi ? à cause du risque de résonnance ?
Les personnes citées dans l’article ne sont même pas d’accord entre elles : « D’autres chercheurs, comme Anders Jorgensen du New Mexico Institute of Mining and Technology à Socorro (Etats-Unis), ne sont pas totalement convaincus, même s’ils reconnaissent le problème de la stabilité du câble. Pour eux, les affirmations de Perek ne sont pas suffisamment étayées. L’influence du champ magnétique terrestre sur un léger courant électrique parcourant le filament pourrait bien être suffisante pour obtenir une stabilité adéquate. »
et Edwards est cité à la fin de l’article : « d’après les calculs déjà effectués, l’influence des forces de marées luni-solaires serait négligeable »

Je ne pense pas qu'on puisse qualifier le stade de développement du Skylon de "plus que préliminaire". Par contre, je suis tout à fait convaincu que ce vocable s'applique à l'ascenseur spatial.

Admettons que le Skylon soit à un stade de développement plus avancé. Mais je te rappelle que l’on parle de la satellisation de gigatonnes de bore pour réaliser la fusion aneutronique en orbite. Si on admet ça, je pense que l’on peut aussi admettre l’utilisation d’autres technologies qui s’apparentent à de la science fiction et qui ne paraissent pas encore au point aujourd’hui - mais qui paraissent plausibles dans un futur relativement proche. Vu les difficultés pour réaliser la fusion aneutronique du bore, on peut très bien imaginer que l’on arrive à construire un ascenseur spatial avant de maîtriser cette fusion.

En outre, il n'y a pas actuellement d'investissement d'un montant comparable à celui du Skylon (plus de 100 millions de dollars par an entre 2014 et 2016) de prévu dans ce domaine de recherche (...) Pourtant, il me semble que les Space Elevator Games brassent des sommes vraiment marginales en comparaison.

Là, tu exagères un peu. Les Space Elevator Games sont un aimable divertissement et à ce titre, en effet, les sommes investies sont marginales, pour ne pas dire négligeables. Mais si tu veux comparer les dollars, compte également les milliards investis dans la R&D sur les nanotubes. Il ne faut pas mettre la charrue avant les bœufs. Avant de réfléchir à un ascenseur spatial, il faut d’abord mieux connaître les différents éléments qui le composent non ?

Comme je te le disais au début de ma réponse, avec les nanotubes de carbone et les nanotechnologies dans leur ensemble, on pourrait fort bien être à la veille d’une période similaire à celle de la révolution industrielle en Europe.
Quelques chiffres pour appuyer mon argumentation : regarde les volumes de production de nanotubes dans le monde : en 2005, la production mondiale était estimée à 300kg par an (source : http://www.nrc-cnrc.gc.ca/fra/actual...s-carbone.html). Cinq ans plus tard, une seule entreprise américaine peut produire ces 300kg en une semaine (source : haut conseil de la santé publique, http://www.hcsp.fr/docspdf/adsp/adsp-64/ad641823.pdf). D’ici quelques mois, Arkéma prévoit d’ouvrir une usine à nanotubes en France avec une capacité de 400t/an, soit 1300 fois plus… et avec une seule usine !
Je n’ai pas connaissance, dans l’histoire industrielle, d’un boom de cette ampleur pour un seul matériau.

[Geb]

Je ne peux pas prendre le temps d'analyser tous tes arguments comme il se doit dès à présent... Juste une petite réflexion sur ce qu'il ne faut pas perdre de vue.

je tiens avant tout à signaler que le Skylon pourrait tout aussi bien atteindre les 114$/kg en orbite géostationnaire dont tu parles. L'estimation de 650 £/kg part de la demande actuelle. Lorsqu'en 2008, le marché des lancements orbitaux a été analysé, on a établi qu'un seul Skylon suffirait, ce qui stabiliserait le prix autour de 4000$/kg. L'estimation de 1000$/kg (650 £) part du principe que la demande augmente substantiellement et que non plus 1 ou 2 (pour des questions de redondance), mais 5 à 10 Skylons opèrent de concert.

Dans le cas d'une explosion du marché, pour des centrales solaires en orbite géostationnaire par exemple, on avait envisagé 90 Skylons et le coût d'un lancement était estimé à moins de 100$ le kilogramme en orbite basse.

Le problème qu'avait soulevé Gilgamesh, c'est la nécessité de satelliser 24606 millions de tonnes de l'isotope 11 du bore en moins d'un siècle. Pour satelliser tout le bore-11 en moins d'un siècle, il faut assurer un rythme d'au moins 246,06 millions de tonnes par an.

La version 20 tonnes de l'ascenseur spatial peut transporter 14 "short tons" américaines. La short ton étant équivalente à 2000 livres (pounds), cela signifie que l'ascenseur transporte jusqu'à 12700 kg. Sur 400 jours, 100 trajets satelliseront 1270 tonnes en orbite géostationnaire, ou environ 1160 tonnes sur une année julienne.

On peut porter la masse de l'ascenseur jusqu'à 1000 tonnes me diras-tu... Mais en supposant, même si nous sommes en désaccord sur ce point, que la charge utile dans ce cas monte à 900 tonnes, le nombre nécessaire d'ascenseurs spatiaux reste à 2994. En supposant que le socle océanique constitue une base satisfaisante, ça fait tout de même un ascenseur spatial tous les 13,4 km. N'y a t-il pas un problème ?

En effet, pour le choix de la localisation de son ascenseur, Edwards cite une liste de contraintes comme la densité des impacts d'éclairs, l'occurrence d'ouragans, de cyclones et de tempêtes de puissance inférieure, etc... J'ignore s'il y a de la place pour ~3000 ascenseurs spatiaux. Qu'en penses-tu ?

En 400 jours, un seul Skylon peut satelliser jusqu'à 3000 tonnes en orbite basse ou 1250 tonnes en orbite géostationnaire. Ce qui veut dire qu'un seul ascenseur spatial de type "20 tonnes" est, en visant l'orbite géostationnaire, 1,6% plus performant qu'un seul Skylon. Mais qu'est-ce qui semble le plus réalisable ? Un ascenseur spatial tous les 13 km sur l'équateur, ou de la place dans des spatioports équatoriaux pour 197000 Skylons ?

D'accord, les Skylons seraient alimentés en hydrogène, en oxygène, en hydrazine, en hélium et en eau. Il faudrait aussi remplacer la totalité de la flotte tous les 400 jours. Mais l'alternative que tu proposes paraît-elle plus réalisable ? Permets-moi d'en douter.

Cordialement.

[dinank]

Bonjour,
Tu tords les chiffres pour qu’ils t’arrangent… La discussion devient stérile, c’est dommage. D’autant plus que le ton que tu emploie manque un peu de cordialité 
Je m’explique sur les chiffres :
– Tu déclare : « parce que la demande augmente, le coût d’exploitation du Skylon est divisé par 10. » Pour moi ça ressemble à un coup de baguette magique. Quid de la masse salariale, qui va augmenter drastiquement en augmentant le nombre d’appareils en service ? Quid de l’achat de toutes les matières premières rares nécessaires à l’alimentation du propulseur ? Quid des infrastructures nécessaires aux décollages continus de plusieurs centaines d’appareils ? En outre, si la demande pour l’accès à l’orbite basse augmente, cela veut dire que la fraction de Skylon utilisée pour envoyer du bore n’est qu’une fraction du trafic total de Skylon. L’équateur sera bientôt surchargé par les pistes de décollages de Skylon.
– Tu transforme les tonnes de l’ascenseur spatial en tons, alors que dans son papier Edwards ne parle qu’en kg. C’est limite insultant pour moi, là. Je ne saurais pas faire la différence entre des tons et des tonnes ?
– Tu n’applique pas à l’ascenseur spatial ce que tu applique au Skylon, à savoir une division par dix du coût d’exploitation à la suite d’une hausse de la demande ; tu multiplie les allusions aux développements ultérieurs du skylon sans prendre en compte les possibles progrès d’un ascenseur spatial – ne serait-ce que l’augmentation de la vitesse d’un ascenseur (on est parti sur un ascenseur qui grimpe à une vitesse moyenne de 750km/h, pour un temps d’aller-retour de 4 jours)

Au lieu de tout de suite utiliser a 100% la faible capacité de l’ascenseur pour envoyer du fret inutile à court terme en orbite basse, pourquoi ne pas essayer de rentabiliser un peu le bouzin ?

Je te le redis : il y a un changement de paradigme à effectuer pour mener à bien ce projet. Il faut reculer pour mieux sauter ! Résumons les données dont nous disposons :
- on se place dans une société qui a parfaitement maîtrisé la fusion aneutronique du bore au point de pouvoir la réaliser en orbite. On a donc plein d’énergie à notre disposition et largement de quoi la confiner, en outre, vu les températures nécessaires, on sait sans doute contrôler d’autres fusions.
- on dispose d’un accès à l’espace géostationnaire pour un coût modique.
- on a deux méthodes en concurrence pour envoyer des gigatonnes de ce qu’on veut en orbite, sur une période de 100 ans, dont une qui permet, par fronde gravitationnelle, d’atteindre la vitesse de libération pour aller jusqu’à Jupiter.
- on est capable de construire un écosystème autosuffisant pour 600 ans.
Rien qu’en considérant ces trois points, les spin-off d’un tel scénario sont inimaginables.
Et là, on se propose d’utiliser toutes ces technologies de pointe pour placer de la matière première en orbite basse terrestre ??? C’est pire qu’impossible : c’est invraisemblable. Ca va à l’encontre de tous les principes économiques.

Au lieu de monopoliser l’ascenseur pendant 100 ans pour du bore, au détriment de tout autre trafic, pourquoi ne pas commencer par :
- envoyer quelques centaines de tonnes sur mars, sur la lune, sur les satellites de Jupiter pour construire un 2e ascenseur, puis un 3e, puis autant qu’on a besoin ;
- puis envoyer quelques milliers de tonnes à partir de n’importe lequel de ces ascenseurs pour explorer la ceinture où les troyens et trouver un bloc de glace suffisamment riche en bore (au hasard) ;
- puis envoyer quelques centaines de milliers de tonnes pour construire des usines en orbite autour de l’astéroïde repéré au point précédent, dont un habitat un peu autosuffisant pour, disons une génération (même s’il est toujours possible de faire des aller et retour avec la terre en un temps raisonnable), dont un réacteur à fusion qui fonctionnerait avec une technologie un peu moins avancée – et qui n’aurait pas besoin de bore, par exemple, mais qui utiliserait des éléments présents en abondance. A base d’helium 3 ?
- enfin, produire tous les éléments nécessaires à la « grosse » arche sur place.
Résultat : au lieu de monopoliser tous les accès à l’espace pendant 100 ans, on a fait essaimer l’espèce humaine sur la même période dans une bonne partie du système solaire et on a augmenté exponentiellement la production économique de l’humanité.

Une fois cette étape là atteinte, on peut commencer à envisager de passer à un stade supérieur : la construction d’un habitat autosuffisant pour 600 ans, la prospection de gigatonnes de bore, etc.

Au lieu de faire un grand pas difficile, commençons par faire plusieurs petits pas faciles.

[ansset]

pardon,
j'ai du louper un épisode.
comment fait-on monter le/les cables ?
la rotation de la terre les fait devier largement vers l'ouest. non ?
de surcroit , en supposant qu'on y arrive, le poids du cable change la notion d'orbite géostationnaire.

[Zefram Cochrane]

Bonjour,
j'ai lu avec intérêt vos message. Si j'ai bien compris la nature du problème ce serait d'nevoyer en orbite le bore nécessaire l'Arche que l'on trouve naturellement sur Terre dans de l'eau de mer. Pourquoi ne pas l'extraire soit de Europe (je pense au satellite de Jupiter) soit des comètes?
Zefram

[Geb]

Je m'excuse si j'ai pu te paraître insultant. Ce n'était pas mon intention. D'autant plus que ce problème des gigatonnes de bore à satelliser est le même pour toi ou pour moi. Nous cherchons juste une manière de le résoudre. Autrement dit, nous sommes "dans le même camp".

En ce qui concerne la question du coût, je note que l'estimation de 1,5 milliards sur 10 ans pour 11430 tonnes en orbite ne prend pas en compte les 40 milliards de dollars nécessaires à la construction, au contraire de l'estimation pour le Skylon.

Une erreur s'est glissée dans mon message d'hier soir. En estimant le nombre de Skylon nécessaire, il semble que j'ai pris des années de 400 jours, au lieu de 365,25. Correction faite, le nombre de Skylon est plutôt légèrement inférieur à 216000 appareils.

Je vais essayer d'aller un peu plus loin dans la prospective que je développais hier.

L'aéroport international le plus occupé du monde, celui d'Hartsfield-Jackson à Atlanta, gérait près de 2 mouvements (décollage ou atterrissage d'un avion) par minute en 2007 (994346 mouvements exactement). L'aéroport assure les vols de 9h à 23h40.

Grâce à sa petite envergure (25 mètres) et malgré sa longueur importante (84 mètres), l'espace au sol nécessaire à un Skylon (2100 m²) équivaut à la moitié de celui nécessaire à un Boeing 747-200, de 70,66 m de long pour 59,64 m d'envergure (4214 m²). Cela dit, la longueur de piste est de 3400 mètres pour le 747, contre 5600 mètres pour le Skylon.

C'est pourquoi, en me basant sur la surface de l'aéroport d'Atlanta (15,18 km²), je considère que la superficie d'un spatioport typique pour des Skylon est, en comptant large, de 30 km².

En admettant qu'un Skylon peut effectivement assurer comme prévu un vol tous les 2 jours, cela signifie qu'un spatioport doit abriter au moins 2880 appareils pour assurer un service continu, sur une moyenne de 3 mouvements par minute à raison de 16 heures par jour (de 7h à 23h par exemple).

L'équateur terrestre devrait donc compter 75 à 80 spatioports pour abriter nos 216000 appareils.

Les terres émergées qui sont sur l'équateur se répartissent approximativement comme suit :

Amérique du Sud : 3300 km
Afrique : 3600 km
Sumatra : 450 km
Bornéo : 900 km

Total : 8250 km

Hors, dans le cas du Skylon, l'estimation de la charge utile maximale à l'équateur, que ce soit en orbite basse ou en orbite géostationnaire, a été simulée pour un départ depuis le centre spatial guyanais (CSG) près de Kourou en Guyane française, à 5,5° de latitude Nord. Ce qui veut dire que le Skylon est efficace sur une bande de ~550 kilomètres de part et d'autre de l'équateur. Donc nos 80 aéroports de 30 km² (2400 km²) peuvent théoriquement se répartir sur une surface de près de 7,6 millions de km², en omettant les îles de Sumatra et de Bornéo. C'est un rapport de 1 sur 3000 en comptant large.

Contrairement à la solution des ascenseurs spatiaux, la superficie disponible n'est pas un problème pour une flotte de Skylon. Ce qui pourrait l'être en revanche, comme j'ai essayé de le mentionner au message #77 de cette discussion, c'est la capacité de production des Skylon, qui on le voit devrait se situer 340 fois au niveau d'Airbus en 2010 pour satelliser la quantité de bore requise en orbite géostationnaire dans le temps imparti. Un tel niveau de production est peut-être irréaliste, mais ça l'est sans doute moins que de disposer 3000 ascenseurs spatiaux sur l'équateur terrestre. Du moins c'est mon avis.

Même si le Skylon se révèle plus cher que l'ascenseur spatial, il est quantitativement plus à même de remplir notre objectif ambitieux dans la période relativement courte dont il est question.

Cordialement.

[dinank]

Bonjour,
@ Ansset : Une des méthodes est expliquée dans le papier d’Edwards dont le lien figure un peu plus haut. En réalité, le câble mesure 91000km. Les différents éléments (moteurs+cable) sont amenés en orbite basse par des moyens conventionnels, par exemple a proximité de la station spatiale pour pouvoir bénéficier de la main d’œuvre humaine. Puis un deuxième étage de propulsion envoie le tout en orbite géostationnaire. Là, le câble est déroulé vers la terre, tandis que, pour compenser la dérive, l’enrouleur est propulsé, éventuellement en réutilisant une partie de l’énergie libérée par le freinage du câble. Un petit propulseur est fixé à l’extrémité du câble côté terre pour lui donner un mouvement de balancier une fois le premier km de câble déployé. Il suffit, d’après Edwards, d’une masse de 10kg avec une vitesse de 0,46m/s. (calculs p. 5.1 et suivantes) Une fois que le câble a atteint la terre, il est amarré, et l’orbiteur termine de dérouler le câble.

Une autre méthode consiste à placer l’orbiteur un peu plus bas, et à dérouler le câble dans les deux sens simultanément tandis que l’orbiteur s’écarte de la terre. D’après Edwards c’est une méthode qui présente un peu plus de difficultés et de risques.

Mais de toute façon, toutes ces alternatives demandent encore pas mal de recherches supplémentaires pour être pour prendre en compte tous les paramètres, le papier d’Edwards ne va pas plus loin que les principes généraux.

@Geb : comme je te l’ai dit dès mon premier message, je ne doute pas que l’on puisse mathématiquement satelliser toutes ces gigatonnes de bore à l’aide de Skylon ou à l’aide d’autre chose. Ce qui me gêne c’est que la logistique pure n’est pas le seul critère à prendre en compte. Il me semble dommage (voire invraisemblable), si l’on a un ascenseur, de l’utiliser pour satelliser du bore en quantités astronomiques et pour une rentabilité à moyen terme (10 ou 20 ans) nulle, au lieu de le faire pour un usage plus « durable ». Au lieu de satelliser des gigatonnes de matières brutes, satellisons des gigatonnes de produits manufacturés pour rendre possible un habitat intermédiaire dans les asteroïdes, et travaillons là bas ! D’une, ce sera politiquement plus défendable, de deux, ce sera probablement moins cher (à mon avis, mais là on n’est pas d’accord), de trois ce sera économiquement plus rentable, et de quatre, on se fera moins ch… avec le puits gravitationnel de la terre. Enfin, on participera au développement de l’humanité dans le système solaire.
Ton idée revient à monter des escaliers 10 marches par 10 marches, alors que l’on peut les grimper une par une.

Enfin, dernière chose : tu as pensé à l'impact écologique du traitement de tous ces m3 d'eau de mer pour en extraire le bore ? je n'ai pas calculé, mais on doit être dans des ordres de grandeur de l'ordre du pourcent ou du pour mille de tous les océans de la planète, non ?

[Geb]

Bonsoir,

Si j'ai bien compris la nature du problème ce serait d'nevoyer en orbite le bore nécessaire l'Arche que l'on trouve naturellement sur Terre dans de l'eau de mer. Pourquoi ne pas l'extraire soit de Europe (je pense au satellite de Jupiter) soit des comètes?

Au message #88 de cette discussion, Gilgamesh pointe du doigt le principal problème qui complique l'exploitation d'Europe et des astéroïdes et/ou des comètes en matière d'alimentation en bore-11 :

Autant 6 siècles pour un trajets m'effraient modérément, autant la même durée pour les préparatifs me semble rédhibitoire. Une fois qu'on est partie, il est quasiment (disons de plus en plus difficile) de revenir. Tandis qu'un travail de construction peut s'achever à tout moment par un défaut de volonté ou de moyen qui fait capoter l'affaire.

Dans le même message, il qualifie un délais d'un siècle pour la construction de l'Arche de "raisonnable". Ce que j'ai essayé de dire à Gilgamesh, c'est que même si la construction de l'Arche proprement dite est relativement facile, l'accumulation de 24,6 milliards de tonnes de bore-11 dans l'Arche est bien le facteur limitant. De plus, la Terre semble le meilleur endroit du système solaire pour réaliser cet objectif en moins de 100 ans.

Au contraire de l'option terrestre, je ne vois aucune alternative extraterrestre qui puisse nous permettre de réaliser l'objectif en moins de 100 ans, même Europe. Le problème du puit gravitationnel terrestre est un faux problème, puisqu'on maîtrise la fusion.

Il est vrait que plusieurs dizaines de millions de vols par an pourraient présenter un danger potentiel pour la couche d'ozone et la distribution d'ions dans l'ionosphère. Cela dit, l'option terrestre est la seule à pouvoir assurer ces dizaines de millions de vols par an dans les meilleurs conditions.

Si quelqu'un veut prouver la fiabilité d'une option extraterrestre, il faudrait d'abord qu'il nous donne les estimations logistiques d'une méthode qui pourrait permettre de satelliser 24,6 milliards de tonnes de bore-11 en moins d'un siècle. Personnellement, je ne vois pas comment on pourrait procéder, même à partir d'Europe.

Cordialement.

[Geb]

Gilgamesh envisageait l'utilisation du Polywell pour son Arche interstellaire, avec la fusion nucléaire dite aneutronique entre de l'hydrogène et l'isotope 11 du bore. Les réactifs de fusion devraient être introduits sous forme de diborane, de formule chimique B₂H₆ (1,216 g/cm³), comme stipulé dans ce pdf, parce que dans un mélange riche en hydrogène, les pertes par rayonnement sont moins importantes (plus d'infos en page 12 de ce pdf).

Le principal avantage du diborane serait un gain en quantité de bore transporté par unité de volume des réservoirs de carburant.

Pour la réaction de spallation nucléaire en jeu, il faut 11 g de bore et 1 g d'hydrogène dans des conditions stœchiométriques. Ce qui correspond, en terme de volume à environ 3 m³ d'hydrogène (70 kg/m³) pour 1 m³ de bore (2350 kg/m³). Pour un volume total de 4 m³, le rapport bore/hydrogène est de 11,19.

Cependant, on voit qu'avec 4 m³ (soit un volume identique) de diborane B₂H₆ (1216 kg/m³) on a :

1042,3 kg d'hydrogène (x5)
3821,7 kg de bore (x1,6)

Les autres dérivés à base de bore et d'hydrogène permettent un gain moindre, d'autant que la plupart sont extrêmement toxiques.

4 m³ de pentaborane B₅H₉ (618 kg/m³)

347,625 kg d'hydrogène
2124,375 kg de bore

4 m³ d'hexaborane B₆H₁₀ (670 kg/m³)

352,6 kg d'hydrogène
2327,4 kg de bore

4 m³ de décaborane B₁₀H₁₄ (940 kg/m³)

424,5 kg d'hydrogène
3335,5 kg de bore

En outre, le transport de bore-11 sous la forme de diborane pourrait aider, sous la forme d'un excès en hydrogène exploitable par ailleurs, à une éventuelle activité minière sur la base des roches extraites des astéroïdes.

Cordialement.

[dinank]

@Geb en #102 :
Je ne suis décidément pas d’accord.
L’idée d’extraire le Bore 11 des océans n’est pas réaliste. Comme je te l’ai déjà dit, tu prends le problème par le côté de la logistique, et c’est le mauvais côté pour envisager ce scénario.
Il faut l’attaquer par la question économique pour avoir un minimum de vraisemblance… Tout simplement pour vérifier si les ressources d’une planète unique suffisent à mener ce genre de projet pharaonique… Tout en faisant tourner une économie de plus de 7 milliards d’être humains.

Voyons d’abord le coût environnemental.
Il faut 17,6GT de bore, et on en trouve à raison de 4mg /l d’eau : ça fait 4,4 millions de km3 d’eau à traiter. Il y a 1370 millions de km3 d’eau de mer présents sur la surface de la terre. A condition d’extraire 100% du bore de chaque mètre cube d’eau traitée (et on est plutôt dans des maxima de l’ordre de 60% d’après la thèse citée par Gilgamesh dans un message précédent), cela représente environ 0,28% de la totalité de l’eau de mer présente sur terre en une centaine d’années. Il faudra sans doute la vaporiser, mais que fera-t-on de toute cette vapeur ? On peut la condenser, mais de toute façon, on ne la condensera pas à la température à laquelle on l’a prélevée, on rejettera donc de l’eau chaude d’une façon ou d’une autre. Je ne suis pas sûr que les océans et l’atmosphère apprécient un tel traitement pendant 100 ans.

La vapeur d’eau est un gaz à effet de serre qui se précipite en moins de 2 semaines dans l’atmosphère. Or on traite 1700 km3 d’eau toutes les 2 semaines. On va donc libérer cette quantité de vapeur dans l’atmosphère si on ne la condense pas. Les précipitations mondiales représentent 119 000km3/an, soit sur 2 semaines une moyenne de 4500km3, c'est-à-dire que si l’on rejette de la vapeur d’eau, on va augmenter les précipitations mondiales de 37,7%.

D’autre part, pour vaporiser l’eau, il faut 2MJ/L d’eau, pour cela il faut donc 8.8E+18 MJ pour nos 4,4M de km3, soit : 210 184 389 millions de tonnes équivalent pétrole (MTOE). Or la consommation d’énergie finale dans le monde en 2004 était de 7893 MTOE.
L’énergie finale correspond à l’énergie primaire ôtée de la consommation d’énergie des industries du système de production, transport et distribution de l’énergie (mines, raffineries), des pertes dans le transport (lignes électriques, gazoducs) et surtout des pertes d’énergie liées à la transformation de la chaleur en électricité dans les centrales thermiques (classiques ou nucléaires).
Bref, il faut produire en 100 ans l’équivalent de 26 000 ans de la consommation d’énergie de 2004 pour simplement vaporiser l’eau nécessaire à la collecte du bore.
Or, aujourd’hui, la quantité d’énergie consommée par toute l’industrie mondiale représente 28% de la totalité de l’énergie finale consommée dans le monde, cette valeur n’a pas changé depuis 1970. On peut donc raisonnablement tabler sur un maintien de la part industrielle à environ un tiers de la totalité de l’énergie consommée ; de plus on ne peut imaginer que la totalité de l’énergie consommée par l’industrie soit consacrée à la production de bore, ce sera donc forcément une fraction de cette valeur.
A titre d’exemple, aujourd’hui la chimie est le premier secteur consommateur d’énergie de l’industrie, devant la sidérurgie, les industries agricoles et alimentaires et le papier-carton. Toutes ces filières totalisent 23% de la consommation d’énergie par l’industrie (en outre, il est illusoire de penser que l’on va par exemple réduire ce volume en supprimant le papier grâce aux progrès techniques : l’énergie nécessaire à la production de papier est minuscule par rapport à l’énergie nécessaire à la production d’une liseuse électronique).
Ainsi, même en fournissant un effort sans précédent sur une seule production industrielle, il me semble difficile de consacrer plus de quelques pourcents de la production énergétique mondiale à la production de bore pour l’arche.

Admettons que 2% de la production énergétique mondiale y soit consacré (et c’est déjà à la limite de l’irréaliste), on peut alors extrapoler sur la quantité d’énergie que doit probablement consommer l’humanité dans une telle société… Ca correspond donc à 13 000 fois la quantité d’énergie consommée sur la planète en 2004, ce qui est dans les ordres de grandeur de la totalité de l’énergie fournie à la terre par le soleil sur la même période.

En conclusion, et c’est là le sens de mon propos depuis mes premières interventions sur ce fil : on est donc obligé de postuler que l’on évolue dans une civilisation très avancée, et très proche du type 1 selon l’échelle de Kardashev.
Un tel projet n’est pas réalisable dans une société qui ne dispose pour seules ressources que celles présentes sur une planète unique ; l’énergie nécessaire est trop importante.
Si l’on postule une civilisation qui est capable de produire une telle quantité d’énergie, on est obligés de postuler que cette civilisation est implantée sur plusieurs planètes, sinon l’énergie dégagée par cette civilisation sur la Terre seule conduirait à une destruction de tout l’écosystème terrien en un ou deux ans.

[Jean-GUERIN]

Bonsoir Geb , Dinank, Bonsoir à toutes et à tous,

Hum ! J'ajoute un grain de sel, peut-être un peu "hors-charte", mais qui rejoint le propos de Dinank dans ce sujet au demeurant très intéressant ...

Pendant le siècle de construction, il faut combien de personnes pour piloter les Skylon, les construire, les entretenir, construire et faire fonctionner les usines de bore, construire l'Arche, etc. ? Même si tout est automatique, il aura fallu auparavant construire les "robots" qui permettront de rendre le tout automatique - avec la main-d'oeuvre y afférente de concepteurs et de constructeurs de robots.

Cela fait au bas mot des centaines de milliers de personnes, sans doute des millions ? Ma question est de savoir qui va payer tout cela pendans 100 ans sans aucune contrepartie financière.

Il me semble que la construction de la Pyramide de Chéops ou des cathédrales est une aimable plaisanterie en comparaison.

Et on retombe sur le développement de Dinank, à savoir la prportion des resources (d'énergie, de matières premières, de travail) qu'une société humaine peut consacre à un objectif "idéaliste". Je n'ai pas idée des chifres, mais il me semble que quelques % est un maximum.

Un exemple précis : si on augmente la flotte de Skylon, le prix "baisse" à cause de l'effet de grande série, mais qui va payer ce prix "baissé" : on est toujours dans de l'investissement à fonds perdus.

Amitiés,

Jean

[Geb]

Je ne suis décidément pas d’accord.
L’idée d’extraire le Bore 11 des océans n’est pas réaliste. Comme je te l’ai déjà dit, tu prends le problème par le côté de la logistique, et c’est le mauvais côté pour envisager ce scénario.
Il faut l’attaquer par la question économique pour avoir un minimum de vraisemblance… Tout simplement pour vérifier si les ressources d’une planète unique suffisent à mener ce genre de projet pharaonique… Tout en faisant tourner une économie de plus de 7 milliards d’être humains.

Il faut 24606 mégatonnes de bore-11. Celui-ci constitue 80,1% du bore naturel. Le bore constituant 4,5 g/m³ d'eau de mer, cela représente 3,6 g de l'isotope 11 du bore par m³ d'eau de mer.

Il y a 1370 millions de km³ d'eau de mer à la surface de la Terre. Avec un rendement de 60%, il faudrait environ 11,4 millions de km³ d'eau de mer (0,83% du total). Si l'eau doit être entièrement vaporisée (ce qui n'est pas le cas), la chaleur latente de vaporisation de l'eau est effectivement de 2,26 MJ/litre d'eau.

La thèse dont tu parles se trouve en fait dans une autre discussion :

[QUOTE=Gilgamesh;3733847]Tu as des éléments ici :
http://bu.umc.edu.dz/theses/chimie/BEL5956.pdf[QUOTE]

Le procédé d'absorption du bore décrit dans cette thèse fait appel à l'alumine.

On plonge 5 g d'alumine pur dans une solution de 25 ml d'eau borée à une concentration en bore de 5 mg/L et une température de 18 à 20°C. Au bout de 3 heures, on obtient l'adsorption de 57,6% du bore (voir page 69 du pdf). En ajoutant du phosphate à une concentration de 6%, la quantité de bore adsorbé au bout de 3 heures monte à 88,34%. Au bout de 24 heures, l'adsorption du bore en solution par l'alumine ainsi phosphatée est de 100% (voir page 80 du pdf).

L'extraction de l'alumine de la bauxite est réalisée suivant un procédé chimique appelé procédé Bayer mis au point par l'Autrichien Karl Josef Bayer en 1887. La bauxite y est attaquée par la soude à haute température (200-250°C) et sous pression. Il est basé sur la dissolution de l’alumine provenant de la bauxite par de la soude (NaOH). Le trihydrate d’alumine est calciné (à 1050°C) afin de produire de l’alumine. La première usine à exploiter ce procédé est l'usine de Gardanne (anciennement Pechiney) en 1894. Cette usine produit toujours à ce jour des alumines hydratées et calcinées suivant ce procédé.

En 2009, la production mondiale d'alumine était de 53,57 millions de tonnes. On peut lire en page 69 de la thèse qu'il faut 5 minutes pour adsorber 10,06% du bore en solution avec 0,5 grammes d'alumine pour 25 grammes d'eau. Dans ces conditions, en pratiquant une désorption continue sur une quantité d'alumine équivalente à celle produite en 2009, on peut traiter, en une seule journée, 288 fois 2678,5 millions de m³ d'eau, desquels on obtient 0,45 g/m³.

En une année julienne, on pourrait produire jusqu'à 126.790.547,4 tonnes de bore-11 (la moitié de notre objectif annuel de 246 millions de tonnes). Afin de mener cette entreprise en parallèle, il faudrait accumuler, dans des centrales de dessalement spécialisé, seulement 2 fois la production mondiale d'alumine en 2009 pour mener à bien le projet d'extraction des milliards de tonnes de bore-11 requises en moins d'un siècle. On le voit, le procédé d'extraction du bore de l'eau de mer n'est pas particulièrement gourmand en énergie, et ne nécessite pas d'évaporer chaque m³ d'eau de mer traité.

J'imagine que l'alumine ne pourra pas être recyclée à 100% à chaque cycle de 5 minutes, et j'imagine, sans y avoir consacré une recherche, que la production d'alumine pur demande une certaine quantité d'énergie. En outre je ne connais pas le procédé de désorption du bore accumulé sur l'alumine. Cela dit, je ne peux m'empêcher de penser que ces procédés additionnels restent extrêmement moins gourmands en énergie que les 2,26 MJ/litre d'eau de mer traité que tu évoquais dans ton message. D'autant plus si le même alumine peut-être utilisée durant des milliers de cycles avant d'être remplacé.

Ma question est de savoir qui va payer tout cela pendans 100 ans sans aucune contrepartie financière.

Gilgamesh pourrait mieux vous répondre que moi sur ce point. Je me contente de concentrer mon raisonnement sur un seul point. Je vous suggère de lire l'article qu'il y consacre sur le Wiki qu'il a créé :

Nation spatiale

Sur le fond maintenant... Comme vous avez pu le remarquer, j'essaye de répondre à quelques unes de vos critiques vis-à-vis de l'option terrestre. Cela dit, aucun d'entre vous n'a encore exprimé calculs à l'appui qu'une autre option, que ce soit l'exploitation des astéroïdes, des comètes ou d'Europa, est à la fois moins chère et plus rapide que l'option terrestre.

Je peux moi aussi développer une alternative "extraterrestre" si j'abandonne l'idée que le délais entre le début et la fin de la construction de l'Arche n'est que d'un siècle. De toute manière, ce que Gilgamesh appelle le "bâti" de l'Arche devra être construit à partir d'un corps rocheux de la ceinture principale et/ou d'une comète. Dans le lien susmentionné, Gilgamesh exprime d'une manière réaliste la construction de ce bâti (20 milliards de tonnes tout de même) en moins d'un siècle.

En outre, la construction pourrait bien avoir lieu au XXIV ou au XXVe siècle. L'important c'est d'exprimer quantitativement la meilleur méthode pour l'objectif qui est le nôtre, et qui reste notre facteur limitant : satelliser 24,6 milliards de bore-11 en 100 ans.

Si l'option terrestre n'est finalement pas souhaitable, alors que faire à la place ?

Je voudrais quand même signaler que le rythme de ~40 millions de vols par an pour satelliser le bore-11 en orbite géostationnaire avec les Skylon, c'est à peu près 5 fois le trafic européen pour les avions transporteurs de passagers dans l'aérien en 2008 (8,5 millions de vol par an). Ça relativise un peu la difficulté de la chose non ?

Cordialement.

[Jean-GUERIN]

Bonsoir Geb, Bonsoir à toutes et à tous,

Hum ! Je suis allé lire "Nation spatiale". Les principes de base du financement sont le Mécénat et le bénévolat, en gros. Le Mécanat ne "marche" pas si les sommes nécessaires sont supérieures à un certain pourcentage du PÏB "local". Le bénévolat n'est pas adapté à de grands projets (les maçons des cathédrales étaient payés, les ouvrierse des Pyramides étaient des esclaves ou des sujetes de Pharaon, ce qui ne devait pas être très différent. Donc, je sens mal cette forme de financement/travail pour construire l'Arche en moins de 100 ans ...

D'autre part, si le voyage doit avoir lieu au XXIV-XXVème siècle, il me semble impossible de "projeter" l'évolution des technos d'ici-là. A mon sens, l'étude "Arche" est tout à fait remarquable en tant que projection des possibilités des technologies acruelles, mais il me semble que son importance n'est pas compatible avec le facteur "temps" de ces technologies.

Compte tenu des évolutions actuelles de la recheche, il me semble que le premier voyage interstellaire se fera "autrement" qu'avec les technologies projetées dans le concept de l'Arche. L'Arche projette les technos actuelles à 50 - 100 ans. Si le voyage a lieu dans 400 - 500 ans, je ne comprends plus. D'ici-là, le système solaire aura sans doute été complètement colonisé. Et les technos n'auront plus aucune attache avec les technos actuelles.

Evidemment, je ne peux fournir aucune "solution alternative" à partir de technos NON IMAGINABLES aujourd'hui.

Amitiés,

Jean

[Geb]

Hum ! Je suis allé lire "Nation spatiale". Les principes de base du financement sont le Mécénat et le bénévolat, en gros. Le Mécanat ne "marche" pas si les sommes nécessaires sont supérieures à un certain pourcentage du PÏB "local". Le bénévolat n'est pas adapté à de grands projets (les maçons des cathédrales étaient payés, les ouvrierse des Pyramides étaient des esclaves ou des sujetes de Pharaon, ce qui ne devait pas être très différent. Donc, je sens mal cette forme de financement/travail pour construire l'Arche en moins de 100 ans ...

Si j'ai imaginé une construction de l'Arche tout au long du XXIVe ou du XXVe siècle, c'est en faisant surtout référence à la critique qui consiste à dire qu'il faut raisonner par étape, par exemple en disposant des ascenseurs spatiaux un peu partout dans le système solaire. Selon moi cela n'arrangerait pas l'impératif du délais de construction en moins d'un siècle, même si on a eu 3 ou 4 siècles au préalable pour disposer des ascenseurs spatiaux dans tous le système solaire interne.

L'Arche projette les technos actuelles à 50 - 100 ans. Si le voyage a lieu dans 400 - 500 ans, je ne comprends plus. D'ici-là, le système solaire aura sans doute été complètement colonisé. Et les technos n'auront plus aucune attache avec les technos actuelles.

Je suis non pas pessimiste, mais un peu plus mesuré en ce qui concerne les capacités d'évolution technologique dans les siècles à venir. Pour moi, le modèle standard de la physique ne va pas beaucoup évolué, et il sera peut-être complet (par une "théorie du tout") avant la fin de ce siècle, et peut-être même avant ma mort. Si le monde physique est proche de sa complétude théorique, j'imagine mal que l'on améliore qualitativement notre vaisseau interstellaire (dans le sens warp drive, antimatière et autre joyeusetées de la science-fiction). Si le concept d'Arche interstellaire doit s'améliorer, c'est plutôt qualitativement (meilleur procédé d'extraction minière, matériaux plus résistants, etc...).

On a vécu pendant 4 siècles durant lesquels le monde tel que la physique nous le décrivait était sans cesse remanié. On voit avec l'exemple de la relativité restreinte et générale ainsi que de la physique quantique, que le cadre conceptuel sur lesquel sont basées la plupart de nos technologies modernes n'a pratiquement pas bougé depuis la fin des années 1930. Ce que j'entends par là, c'est qu'un physicien des années 30 pourrait très bien comprendre toute notre technologie avec la physique de son temps. Ceci pour exprimer le fait que 50 ou même 80 ans de "stabilité" du cadre théorique, c'est une situation qui n'a plus existé dans l'histoire des sciences en général depuis Galilée. Ce qui nous attend après la prochaine révolution théorique qu'on espère imminente (théorie des supercordes ?), c'est un raffinement technologique, pas une révolution.

Cordialement.

[Gilgamesh]

Optimisation de la propulsion

la propulsion de l'arche nécessite de rassembler des masses gigatoniques de carburants. S'agissant de noyaux fusibles, le choix est contraint : Deutérium (D), Hélium 3 (He3), Bore 11 (B11). Dans tous les cas il s'agit de matériaux relativement rare (D/H ~ 10^-4), He3 est un élément trace (y compris dans le régolite lunaire) et n'existe en relative abondance que dans l'atmosphère des planètes géantes (He3/He4 ~10^-4), le Bore (dont 80% d'isotope 11) doit représenter quelque ppm dans la composition des petits corps.

L'idée initiale qui se présente spontanément est de minimiser la masse carburant. Toutefois, à la réflexion c'est l'énergie de propulsion qu'il faut optimiser : le carburant peut inclure un propulsif inerte (abondant) qui sera chauffé et éjecté avec le carburant énergétique (rare).

Dans le choix p-B11, on se base sur la réaction aneutronique :

p + ¹¹B -> 3 ⁴He + 8,7 MeV

Une énergie de 8,7 MeV représente une vitesse d'éjection des noyaux alpha de l'ordre de 10 800 km/s, soit une impulsion spécifique de 1 million de secondes ! C'est tout à fait remarquable, toutefois, éjecter le carburant à cette vitesse ne constitue *pas* l'optimum énergétique. En effet, le contraste de vitesse élevé entre la masse éjectée (11 800 km/s) et la masse de structure (vitesse en fin d'accélération : 4500 km/s) fait qu'une proportion élevée de l'énergie cinétique passe dans le carburant. La masse de carburant exigée est minimale mais pas l'énergie que ça représente. or ici, l'énergie est fournie par le bore, qui est une denrée rare comme on l'a vue (et par le proton qui fusionne avec le noyau de bore, mais l'hydrogène est présent en abondance dans le système solaire, sous forme d'eau notamment).

On rappelle que la quantité de carburant Mc éjecté à la vitesse u nécessaire pour propulser une masse M une vitesse v puis pour revenir à vitesse nulle est :



L'énergie cinétique atteinte par la masse utile M est :


Et celle du carburant est :


Le ratio des deux en faisant varier u/v donne la courbe ci dessous, qui trouve un minimum en
u/v = 1,255

Note : s'il s'agissait d'une propulsion simple, sans freinage, ce ratio serait moitié moindre, soit 0,6275



Pour une arche, la vitesse choisie est :

v=4500 km/s

La vitesse d'éjection optimale au plan énergétique est donc

u = 5648 km/s

Ce qui est inférieur quasiment de moitié à la vitesse d'éjection maximale d'un carburant pB11 "pur". Cela se paye en masse supplémentaire.

Pour une masse utile M = 20 Gt



au lieu de :




Quelle économie de bore cela représente ?

Si on utilise pB11 pur, la masse de carburant est donnée directement par l'équation de Tsiolkovski, soit de 25,7 Gt

La masse d'un noyau de bore est :
MB11 = 11,00931 uma (unité de masse atomique)
soit 91,6% (23,6 Gt)

celle du proton est :
Mp = 1,007 uma
soit 8,4% (2,1 Gt)

Pour calculer la masse nécessaire en optimisant l'énergie il faut partir de la densité énergétique massique du B11 :



soit (dans les bonnes unités SI) :



La masse de bore nécessaire est le ratio de l'énergie totale d'éjection sur la densité énergétique du B11 :



soit 16,5 Gt au lieu de 23,6 soit une économie de 7,1 Gt (- 30%). Ça représente une quantité économisée réellement substantielle. Trouver 16,5 Gt de B11, soit ~21 Gt de bore (l'isotope 11 représentant 80% du total) reste une gageure mais précisément pour cette raison, l'optimisation énergétique représente un pas dans la bonne direction.

La masse d'hydrogène à mettre en regard est de 1,5 Gt.

par différence la masse de propulsif inerte est de 60,6 Gt

Au total la masse carburant qui a plus que triplée ! Mais bien évidemment ici on va choisir en complément du carburant énergétique un propulsif inerte facile à se procurer en masse.

Et pourquoi pas tout simplement... de l'eau ! Le bouclier carburant serait ainsi composé de deux espèces chimiques simples, stables, non toxiques et non cryogéniques (pour l'eau, il faut simplement s'assurer une température inférieur à -60°C pour éviter la sublimation, ce qui ne pose pas de problème loin du Soleil, dans le vide spatial interstellaire).

Certes, l'eau est moins optimal du strict point de vue de l'énergie propulsive. Sa dissociation consomme de l'énergie prise sur la propulsion et perdue (la molécule sera dissociée et expulsée sous forme de plasma H + O totalement ionisé et la recombinaison se fera dans le jet refroidit sans aucun profit). Il vaudrait mieux prendre de l'hydrogène de ce point de vue. Mais l'eau représente une commodité sans pareil à stocker et elle peut même représenter un auxiliaire technologique précieux au niveau moteur car sa dissociation permet d'absorber le flux thermique des pertes, qui représente un défi majeur vu les puissances mises en jeu.

A noter également que cette masse gigantesque à la prou, en dehors de jouer un rôle protecteur contre les impacts et le rayonnement cosmique, peut permettre de compenser utilement les pertes par évaporation de la structure.

[Calvert]

(Une remarque qui n'a rien à voir avec le problème, mais que j'ai déjà hésité plusieurs fois à faire :
- ce fil ne serait-il pas mieux placé dans la rubrique astronautique plutôt qu'astronomie et astrophysique ?)

[Gilgamesh]

C'est pas faux... Dont acte.