Ce lundi, une opération jamais réussie auparavant a été couronnée de succès par la société d’astronautique américaine SpaceX. Une fusée Falcon 9 a propulsé vers l’orbite terrestre 11 satellites de télécommunication pour la société Orbcomm. Jusqu’ici, rien de plus habituel dans l’industrie des vols spatiaux… Avec une différence de taille : le premier étage du lanceur, au terme de 11 minutes de vol jusqu’à 200 kilomètres d’altitude, a regagné, intact, le sol terrestre !

A Cap Canaveral (Floride), l’évènement, retransmis en direct dans une vidéo digne d’un film hollywoodien, a déclenché un tonnerre d’applaudissements. Elon Musk, propriétaire milliardaire de la société Space X, n’a pas hésité à le qualifier de “révolutionnaire”, tandis que la NASA faisait parvenir ses félicitations.

 

L’objectif de SpaceX est de réutiliser son lanceur pour d’autres décollages

Quel est l’intérêt de faire revenir sur terre le lanceur d’une fusée ? Pouvoir le réutiliser pour d’autres lancements, avec un gain considérable de ressources pour la société productrice. Les lanceurs orbitaux sont en effet très lourds, puisque destinés à embarquer de très grandes charges (comme les satellites), et donc onéreux à fabriquer.

Elon Musk promet de révolutionner le transport spatial à l’aide de ses lanceurs réutilisables… Actuellement, un tir de gros lanceur, tel Ariane 5 ou le Falcon 9, coûte environ 50 millions de dollars. Pour Musk “la part du carburant dans le tir avoisine 200 000 dollars, cela signifie que la réduction des coûts, à long terme, sur nos lanceurs, est probablement d’un facteur 100″.

On peut comprendre  l’enthousiasme débridé du milliardaire américain après ce succès technique, succès qu’il faut, peut-être, aussi, relativiser à l’aune de l’histoire de l’astronautique… La concurrence européenne, qui propose à la vente ses lanceurs Vega et Ariane 5, en attendant Ariane 6, ne semble pas pressée de suivre SpaceX dans sa révolution techno-scientifique.

La NASA a déjà tenté de miser sur un engin réutilisable, les navettes spatiales : ce fut un naufrage économique

Sans doute les Européens se souviennent-ils que les mêmes arguments économiques avaient été développés par la NASA il y a près d’un demi siècle, quand l’agence spatiale américaine rêvait de milliers d’allers-retours pour ses futures navettes spatiales… On connaît la suite : le naufrage économique et technique du beau vaisseau de science-fiction, dont chaque tir coûtait un milliard de dollars. Et la success story de l’aventure spatiale européenne, qui a développé un lanceur “jetable”, Ariane, lequel faisait sourire les ingénieurs américains, et lequel a raflé la moitié du marché spatial mondial…

Pour réaliser son rêve, Elon Musk devra d’abord rendre l’ensemble de son système Falcon réutilisable et fiable, pas seulement le premier étage, maîtriser les coûts de la remise en ordre de marche de ses lanceurs après chaque tir, etc… Un exploit technique que les ingénieurs américains n’ont jamais réussi avec la navette.

En attendant cet avenir plein de promesses, SpaceX n’a pas encore défini la prochaine date de décollage du lanceur fraîchement atterri.

—Fiorenza Gracci et Serge Brunier

 

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> Lire aussi dans les Grandes Archives de S&V :

• Space Launch System, la fusée ultime – S&V n°1165 (2014). La NASA parie sur une fusée de 3000 tonnes, la plus puissante de tous les temps (et aussi la plus coûteuse). Elle devrait être prête pour 2017.

• Juillet 1914 : Robert Goddard invente la fusée moderne – S&V n°1162 (2014). La fusée a 100 ans ! On doit sa forme actuelle à un jeune physicien américain, qui déposa un brevet d’une fusée transportant une deuxième fusée, allégée et plus rapide… qui permettra aux ingénieurs après lui d’envoyer des hommes dans l’espace.

•  La NASA met le cap sur Mars – S&V n°1113 (2010).  Même s’il n’y a pas d’agenda officiel, les États-Unis visent une mission habitée vers Mars, peut-être vers la fin de la décennie 2030. La société SpaceX devrait participer en fournissant les capsules Dragon comme ravitailleurs et “taxis” pour astronautes.

 

L’annonce, voici trois mois, avait fait le tour de la Terre à la vitesse de la lumière : oui, il y a bien de l’eau liquide qui coule sur Mars aujourd’hui…
Aujourd’hui, sans remettre en cause la découverte américaine, deux chercheurs du CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique), François Forget et Cédric Pilorget, la relativisent beaucoup… Les deux Français, en effet, affirment que la plupart des ravines récentes ou contemporaines observées sur la planète Mars n’ont pas été creusées par de l’eau, mais par des coulées de CO2, le dioxyde de carbone…
Les « gullies » martiennes, ont fait couler… beaucoup d’encre depuis leur découverte, voici une quinzaine d’années. Le satellite américain Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) a photographié des milliers de ravines profondes, mesurant parfois des centaines de mètres de hauteur, dessinant de véritables chenaux et s’achevant par des cônes d’éboulis évoquant irrésistiblement le travail de l’érosion par… de l’eau…
De l’eau, sur Mars, par -40 °C de température, et dans une atmosphère sèche et raréfiée, est-ce bien sérieux ? ont immédiatement demandé certains chercheurs et commentateurs. « Oui, c’est sérieux » ont rétorqué d’autres planétologues, « si cette eau est fortement salée »… Ce sont donc des saumures, une boue saturée de sel, qui ont été invoquées par les chercheurs pour expliquer les « gullies ».
La présence actuelle d’eau liquide sur Mars fait forcément fantasmer, tant il est vrai que la présence d’eau fait irrésistiblement rêver à celle de formes de vie…
Mais le comportement de ces ravines au fil du temps a fait assez vite prendre l’eau aux modèles géologiques qui les expliquaient par sa présence sur Mars : dès 2014, des chercheurs américains ont fait remarquer que les ravines, sous les caméras de MRO, se creusaient en plein hiver, à des périodes où, même sous forme de saumure, la présence d’eau à l’état liquide sur Mars était un défi ou une injure aux lois de la physique…
Alors pour remplacer l’eau, Colin Dundas, Serina Diniega et Alfred Mc Ewen ont proposé du CO2, c’est à dire du dioxyde de carbone, appelé communément gaz carbonique. Dans les conditions atmosphériques martiennes, l’hiver, une partie du CO2 atmosphérique se condense sous forme de glace, sur le sol, et dans le sol. Mais par quel mécanisme ce CO2 pouvait il couler sous forme de véritables torrents sur Mars ?

Les chercheurs ont d’abord constaté que les ravines semblaient se creuser lorsqu’il avait « neigé » de la glace carbonique sur Mars : l’atmosphère martienne étant constituée à 96 % de CO2, lorsque la température, l’hiver, est suffisamment basse, c’est littéralement une partie de l’atmosphère qui se solidifie ainsi au sol sous forme de glace carbonique !
Pour comprendre la formation des « gullies », Cédric Pilorget, chercheur à l’Institut d’Astrophysique Spatiale (CNRS/Université Paris-Sud) et François Forget, chercheur CNRS au Laboratoire de météorologie dynamique (UPMC/ENS Paris/CNRS/Ecole polytechnique), ont créé un simulateur numérique de l’environnement martien. Du sous-sol à l’atmosphère, ce modèle prend en compte les échanges thermiques par rayonnement, par conduction, ou induits par les changements de phase du CO2. Ceci permet de simuler l’évolution du CO2 sous toutes ses phases au cours d’une année martienne, notamment sur et sous la surface.
Puis leur simulateur a fait le reste : à la fin de l’hiver et au printemps, lorsque le Soleil frappe la couche de glace superficielle, son rayonnement réchauffe le sous-sol, et le CO2 sous forme solide se sublime. Piégé par la couche de glace superficielle, ce gaz exerce une pression qui augmente, augmente, jusqu’à faire éclater la couche de glace qui recouvre le sol martien. Cette fracturation de la surface libère le gaz du sous-sol, et c’est une avalanche de poussières, de glace et de gaz mêlés qui dévale alors les pentes…
Pas une goutte d’eau ne coule dans ce processus… Pour les chercheurs français, la plupart des ravines martiennes sont donc creusées par ces coulées sèches.

Mais alors, quid de l’annonce par la Nasa de coulées d’eau liquide actuelle sur Mars ? « Nous ne mettons pas en cause les travaux de Luju Ojha et ses collaborateurs, publiés au mois de septembre sur les « Recurring Slope Linae (RSL) », explique François Forget. Les ravines que nous étudions se forment quand il fait très froid. Les RSL sont très différentes géologiquement et se forment au contraire quand il fait très chaud ».
Sur Mars, il y aurait donc bien deux processus qui érodent aujourd’hui les pentes des cratères et des montagnes. Les plus spectaculaires et les plus importantes ravines seraient creusées par le CO2, mais les RSL, les « lignes de pente récurrentes », en français, seraient quant à elles bien dues à des coulées de boue salée… L’eau contenue dans cette saumure proviendrait de l’atmosphère martienne, de la rosée martienne, en quelque sorte…
Serge Brunier

Cécile Bonneau, rédactrice en chef des Hors-Série de Science & Vie, nous fait voyager dans un univers microscopique fascinant. Celui de nos origines les plus intimes : l’univers impitoyable… des spermatozoïdes.

 

 

 

Pour en savoir plus :

– Une vidéo montrant une technique de regroupement des spermatozoïdes : https://www.youtube.com/watch?v=Ic0-GUydQS4

– A lire sur le site de Science & Vie :

« Plus un animal est petit, plus ses spermatozoïdes sont grands »

 

Pour découvrir Science & Vie TV : http://www.science-et-vie.tv/

 

 

 

C’est l’une des plus impressionnantes images prises par le télescope spatial Hubble ces dernières années : invisible encore, plongée dans la ouate d’une nébuleuse lointaine, une étoile naissante jette ses premiers feux dans la constellation d’Orion. L’astre porte le numéro 24 du catalogue de Herbig-Haro, qui compte aujourd’hui près de cinq cent objets semblables.
Les objets de Herbig-Haro, du nom des astronomes américain et mexicain qui les ont les premiers étudiés intensivement dans les années 1950, sont minuscules et discrets, et exigent de grands télescopes, ou le télescope spatial Hubble, pour être observés en détail.

On les trouve dans les nébuleuses qui parsèment le plan galactique, en pleine Voie lactée, donc, et ils marquent de leur présence les pouponnières d’étoiles… La naissance des étoiles, en effet, cachée par des années-lumière de brouillard de gaz et de poussière interstellaire, est très difficile à observer. Au sein d’un nuage de gaz dense, froid et opaque, l’étoile se forme par effondrement gravitationnel. Le nodule de gaz qui va former l’étoile devient une sphère en rotation, de plus en plus dense et chaude, autour de laquelle le gaz résiduel dessine un disque en rotation. Durant le processus de formation de l’étoile, une partie de son énergie est violemment libérée dans son axe de rotation, sous la forme de deux jets de plasma brûlant, qui percent littéralement le milieu interstellaire. Ces jets, chauffés en moyenne à 10 000 degrés, sont expulsés à près de 1000 kilomètres par seconde et s’étendent jusqu’à une ou deux années-lumière de l’étoile naissante, avant de se diluer dans l’espace interstellaire. Ils sont peu denses, comptant environ 10 000 particules par centimètre-cube, et libèrent dans l’espace l’équivalent de une à vingt masses terrestres d’hydrogène et d’hélium…
Les objets de Herbig-Haro sont des phénomènes transitoires ; une fois l’étoile allumée, son rayonnement souffle les langes qui la protégeait, et les jets s’éteignent définitivement.

Les astronomes estiment à plus de cent mille les objets de Herbig-Haro brillant actuellement dans la Galaxie, mais, minuscules à l’échelle cosmique, 99 % d’entre eux leur échappent encore !
Le télescope spatial a révolutionné notre connaissance de ces véritables « lasers » cosmiques. En étudiant pendant plusieurs années ces astres avec le télescope Hubble, les chercheurs ont même réussi à obtenir de véritables time-lapse montrant leur progression dans l’espace interstellaire !
Si les scientifiques étudient ces premiers feux émis par les étoiles naissantes, la prochaine génération de télescopes, le télescope infrarouge James Webb dans l’espace, et les télescopes géants GMT, TMT et E ELT sur Terre, permettra probablement d’assister à la naissance d’une étoile « en direct ».
Serge Brunier

Quelles sont les villes les plus éloignées sur notre Terre qu’on puisse relier en voiture exclusivement ? Cette question on ne peut plus terre-à-terre n’intéresse pas qu’une poignée d’aventuriers extrêmes de la route : une foule de mathématiciens experts en Théorie de la complexité s’y sont essayé sans succès – jusqu’ici – tant elle s’enracine dans l’un des problèmes les plus rétif au calcul jamais posés.

Or une équipe de chercheurs de l’Institut national de recherche en informatique et en automatique (Inria) vient de résoudre le problème en rusant avec les limites des mathématiques et de l’informatique, offrant une flopée de résultats aussi intéressants pour les scientifiques qu’utiles pour les grands voyageurs et autres routards.

Le plus long trajet en voiture fait 25 206 km

D’abord, pour répondre à la question posée ci-dessus, sachez que, selon les chercheurs, le “roadtrip” le plus long de la Planète faisable de bout en bout en voiture (sans emprunter de ferry ni d’autres transports) fait 25 206 km : il part de la ville du Cap en Afrique du Sud et se termine du coté du village de Vankarem, à l’extrême nord-est de la Russie près de la mer des Tchouktches, juste en face du continent américain (Alaska). Vous ne trouverez pas des villes plus éloignées joignables en voiture…

Ce voyage vous prendrait exactement 10 jours, 8 heures et 23 minutes, si vous respectiez à la lettre les limitations de vitesse et ne faisiez aucune pose – vous en déduirez le temps réel de votre voyage en y ajoutant les heures de sommeil au motel ou sous la tente, les pauses-pipi, etc. De fait, comme pour les vacanciers, c’est le temps qui compte avant tout, les auteurs de cette étude ont  effectué leurs calculs non pas sur la distance à parcourir mais sur le temps de trajet, un paramètre qui intègre simultanément la distance à parcourir et les limitations de vitesse imposées.

Des cartes interactives pour organiser ses voyages

Voilà pour le plus long trajet sur la Planète. Mais les chercheurs ont également calculé le plus long trajet pour chacun des continents, le plus long par pays…

Et ils ont aussi calculé les lieux  “centraux” de ces trajets c’est-à-dire ceux depuis lesquels ils est possible d’atteindre les autres villes du réseau routier de la manière la plus économique. Par exemple, à la frontière entre l’Iran et le Turkmenistan, le village de Shurak-e Maleki est celui à partir duquel toute ville d’Afrique, d’Asie ou d’Europe peut être atteinte en moins de 5 jours et 5 heures… Le plan interactif mis à disposition par les chercheurs vous permet d’explorer toutes ces possibilités.

 

 

Parlons mathématiques…

Pour ceux que les mathématiques sous-jacentes intéressent, il faut savoir que ce problème de réseau router, intégrant 80 millions de “nœuds” (villes, échangeurs autoroutier, etc.) et 200 millions d’arêtes (routes) extraits de la base de donnée OpenStreetMap, s’inscrit dans le célèbre “problème du voyageur de commerce” âprement discuté en Théorie de la complexité.

Voici ce qui défie les mathématiciens : prenons le “cas de laboratoire” où 71 villes sont reliées par un réseau routier les joignant toutes deux à deux (réseau dense), et posons-nous la simple question : quel est le trajet le plus court nous permettant de passer une fois et une seule par chacune des villes?

La réponse à cette question demande de calculer, par algorithme, quelque 10^100 trajets possibles – soit un nombre de trajets plus grand que le total d’atomes de l’Univers ! C’est infaisable en un temps raisonnable, même si tous les ordinateurs d’internet s’y mettaient.

Le voyageur de commerce subit une explosion combinatoire

Pour ce type de problème, on parle d’explosion combinatoire. Et cette explosion bride la possibilité de mettre au point des algorithmes de logistique efficaces dans l’industrie, tel le cas des grandes entreprises de transport routier, ce qui se traduit par des pertes de temps, de la surconsommation d’essence, etc., ou des industries devant gérer de longues chaînes de production…

Elle bride aussi tout un pan de recherche fondamentale, par exemple en biologie moléculaire, quand veut déterminer sous quelle forme se repliera une protéine une fois synthétisée par l’ARN, question essentielle dans la recherche sur les maladies génétiques et autres – ici, le “plus court chemin” est remplacé par “le repliement ayant la plus basse énergie libre”.

Ruser et contourner les interdictions : le cœur de la pratique mathématique

Bref, le problème du voyageur de commerce est loin d’être anecdotique, et il est impossible à résoudre quand le nombre de paramètres (réseau routier, protéines, etc.) dépasse une quantité assez modeste…  Par exemple, dans le cas présent, il faudrait pour chacun des 80 millions de nœuds (villes), calculer tous les trajets le reliant à tous les autres nœuds, puis pour une paire de nœuds (trajet fixé) calculer tous les trajets la reliant aux autres, puis pour trois nœuds, etc., ce qui est infaisable en temps raisonnable.

Mais grâce à un raisonnement théorique portant sur les propriétés des “graphes” (réseau abstraits de nœuds et d’arêtes), les chercheurs ont pu mettre au point une stratégie de calcul (dont on trouvera quelque détail dans ce texte en anglais, et un descriptif complet dans cet article) consistant à ne faire porter les calculs que sur quelques nœuds choisis de manière très particulière, un choix permettant de se rapprocher peu à peu de la solution en faisant l’économie du calcul brut sur l’ensemble des nœuds-arêtes. Une manière de rappeler qu’en mathématiques, les impossibilités ne sont là que pour inciter les esprits à contourner les obstacles.

– Román Ikonicoff

 

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• Peut-on vraiment produire des nombres au hasard ?

 

> Lire également dans les Grandes Archives de Science & Vie :

• La formule qui décrypte le monde – S&V n°1142 – 2012. La formule de Bayes, énoncée voici trois siècles, est devenue omniprésente dans l’Intelligence artificielle : elle permet aux algorithmes de trouver par le calcul la cause de phénomènes observés. Cette formule agirait même à l’échelle du cerveau et de son fonctionnement.

• Mathématiques : vers un langage universel – S&V n°1000 – 2001 – Le programme de Langlands vise notamment à unifier les mathématiques sous un seul langage, le plus abstrait possible. Et propose de résoudre un certain nombre de problèmes mathématiques restés jusque-là sans solution. Un million de dollars à celui qui y parviendra…

• Le monde est Turbulent ! – S&V n°1155 – 2013. Les équations mathématiques permettent parfois d’entrevoir une certaine réalité du monde sous un angle inespéré. Comme le cas de l’équation de Navier-Stokes qui décrit les processus turbulents et permet de simuler aussi bien les processus à la base des battements de cœur que ceux liés au gaz des étoiles…

 

Qui aurait cru que la réalité rejoindrait à ce point la fiction ? Car les astrophysiciens ont trouvé la trace d’exoplanètes sembla­bles à celles imaginées dans Star Wars, dont le dernier épisode —”Le Réveil de la Force”— sort en salles aujourd’hui.

C’est ce qui frappe d’abord lorsqu’on regarde la saga : l’incroyable diversité des mondes. Les douces Naboo et Aldorande, la lune Endor et sa végétation luxuriante. La désespérément sèche Tatooine, avec ses deux soleils. L’enfer de lave de Mustafar ; l’océan infini de Kamino, la ville flottant dans les gaz de Bespin…

Star Wars regorge de bizarreries exoplanétaires

Des lunes habitables ? Des planètes-océan ? Des planètes-lave ? Autant de mondes nés de l’imagination de Georges Lucas au début des années 1970, qui ont pu, alors, sembler fantaisistes. Et pourtant ! Quarante-cinq ans après leur conception et vingt ans après la découverte de la première exoplanète, les voici devenus d’authentiques concepts scientifiques !

Rappelez-vous : à la sortie du premier opus de la saga, en 1977, les exoplanètes n’étaient qu’une idée. Dont certes aucun astrophysicien ne doutait. Mais tout restait encore à découvrir.

Puis les choses se sont accélérées. En 1992, les astronomes Aleksander Wolszczan et Dale Frail découvrent deux planètes autour d’une étoile morte. Surtout, en 1995, Michel Mayor et Didier Queloz, de l’Observatoire de Genève, dévoilent la première exoplanète autour d’un soleil, 51 Pegasi b.

Des objets astronomiques imaginés avant d’être réellement observés

Rodant leurs méthodes de détection, les astronomes vont peu à peu collectionner les exoplanètes – ils en comptent aujourd’hui 1 970 – et révéler leur incroyable diversité. Au-delà des plus audacieuses créations fictives. “On ne compte plus les types d’objets qui ont été décrits avant d’avoir été découverts dans la réalité”, confirme Jérémy Leconte, spécialiste du climat des exoplanètes au CNRS, à l’Institut d’astrophysique de Bordeaux.

Les exomondes ont ouvert un nouveau champ de recherche : avec le peu d’informations dont ils disposent (masse, taille, orbite, type d’étoile), les astrophysiciens commencent à modéliser la géophysique et le climat de ces mondes exotiques. Obligeant la planétologie à intégrer toutes les bizarreries exoplanétaires.

Et voici que sortent des ordinateurs des planètes hybrides, mi-gazeuses, mi-telluriques, couvertes d’océans ; surchauffées par un effet de serre, ou au contraire totalement gelées ; des rocheuses excentriques au climat instable… Bref : des Naboo et des Tatooine, des Mustafar et des Kamino…

Lucas avait vu juste : la machinerie planétaire se décline à l’infini. Et il a planté les décors d’astres bien réels. Nous en avions l’intuition. Nous avons vérifié. Chacune des planètes les plus emblématiques de Star Wars a son équivalent quelque part dans notre galaxie. La preuve en images…

• Naboo : sa jumelle se trouve dans la constellation du Cygne. La planète de la reine Amidala, sur laquelle sont centrées les deux premiers épisodes de la saga, se situe dans la Bordure médiane, dans le secteur de Chommel. Repérée il y a quelque mois, en juillet 2015, Kepler 452b se situe à 1400 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Cygne.

 

 

 

• Tatooine : une planète à deux soleils a été découverte dans la Lyre. La désertique planète natale de la famille Skywalker est sans doute la plus emblématique de la saga. Elle apparaît dans tous les épisodes sauf le V et se situe dans la Bordure extérieure. Kepler 453b a été découverte en août dernier dans la constellation de la Lyre, à 1 400 al de la Terre. Elle gravite dans la zone habitable d’un couple stellaire formé d’une naine rouge et d’un soleil.

• Et aussi Bespin, Mustafar, Kamino, Hoth…

 

—Mathilde Fontez

D’après S&V n°1179 – en kiosques

 

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