Archives de l’auteur : Stéphane Mazouffre

Physicien des plasmas - Spécialiste en propulsion spatiale Directeur de Recherche au CNRS Responsable de l'équipe Propulsion Electrique au laboratoire ICARE à Orléans

Lois de conservation

Lorsqu’il s’agit de l’EM-Drive, ou de concepts équivalents, mon rôle de physicien me conduit à mettre en avant les deux points suivants.

Violer la loi de conservation de la quantité de mouvement, ce que fait l’EM-Drive, est un problème sérieux qui ne peut pas être simplement négligé. Remettre en cause cette loi, et les autres lois de conservation, c’est remettre en cause les fondements de la physique. C’est balayer d’un coup l’ensemble des théories (Electromagnétisme, physique quantique, relativité, physique des particules…). C’est effacer d’un coup de gomme les Symétries qui fondent l’ensemble de nos connaissances. Il faut donc être prudent et proposer un cadre théorique qui à la fois englobe l’ensemble des modèles actuels et les dépasse. Or rien de tel à ma connaissance n’est suggéré.
A ce jour, aucune expérience digne de ce nom, c’est à dire respectant les protocoles et règles de la théorie de la mesure et proposant un calcul d’incertitude solidement établi, n’a prouver que l’EM-Drive génère une poussée. Au fur et à mesure que des expériences sont menées et affinées, telles que celles conduites au NRL ou bien au sein de l’équipe de mon collègue M. Tajmar, la valeur limite déterminée diminue. Je crains que dans un futur proche l’hypothétique poussée corresponde à la limite de détection ultime et devienne ainsi bien inférieure à 1 nN pour plusieurs centaines de Watts injectés dans la cavité.

D’où mon grand scepticisme. Mais aussi une certaine tristesse car, comme je l’ai à plusieurs reprises expliqué, la loi de conservation de la quantité de mouvement n’interdit nullement les voyages interstellaires mais elle oblige à recourir à des quantités d’énergie qui sont à ce jour et encore pour des siècles hors de portée pour l’humanité. Nous sommes pour longtemps confinés dans notre système Solaire.

Dans la même lignée je recommande la lecture de l’article de l’astrophysicien Paul Sutter » Can the EmDrive actually work for space travel? » publié en ligne sur le site Space.Com en novembre dernier.

Voyage vers les étoiles

Pourrons-nous un jour atteindre les étoiles qui nous encerclent et qui constituent notre Galaxie ?
La Physique ne s’y oppose pas. Alors un jour peut-être. Mais pas demain, ni même après demain. Nous ne serons guère plus avancés à la fin de ce siècle. A la fin du suivant ? Je ne sais pas. Dans mille ans ? La probabilité est plus élevée mais rien n’est garanti.

Pourquoi une telle échelle de temps ? On peut être sceptique en effet à la lecture des lignes qui précèdent. Après tout, le développement technologique de l’humanité accélère, les progrès sont exponentiels, la Lune est accessible, on posera bientôt le pieds sur Mars et l’exploration des planètes géantes et de leurs satellites est au programme. Alors ?

On peut invoquer de nombreuses raisons à l’impossibilité de réaliser un voyage vers les étoiles même proches dans les décennies à venir, voire les siècles, telles que les immenses distances à parcourir, la durée, l’autonomie du vaisseau… En réalité, tout cela se résume à une quantité triviale : l’énergie. La quantité d’énergie à mettre en jeu pour un voyage interstellaire effectué sur une durée raisonnable est gigantesque. Elle dépasse de très loin ce que nous savons exploiter et maîtriser. Il faudra donc attendre que l’humanité s’étende, que ses ressources et son potentiel augmentent et qu’elle sache gérer et manipuler des montagnes d’énergie et de matière. Je rappelle ici que notre civilisation n’a pas encore atteint le type I, d’après l’échelle de Kardachev, et ne l’atteindra pas avant plusieurs siècles.

Sur ce sujet je vous conseille le documentaire de la BBC intitulé « Will our spacecraft ever reach the stars? ». Je l’ai écouté en podcast il y a quelques jours. On y parle de propulsion, dont la propulsion électrique, de cryogénisation, de manipulation de la gravité… C’est très bien fait, simple, accessible et vrai. Vous y trouverez la réponse de divers collègues et spécialistes à la question posée au début de ce billet. Pas de surprise. Leur réponse n’est pas différente de la mienne.

Visages

Je recommande la lecture de cet article du New York Times : IA et visages.

C’est « scary » comme disent les américains. Des mathématiques, des algorithmes et des ordinateurs. Il reste encore quelques petites imperfections mais d’ici quelques mois ou quelques années on ne trouvera plus d’erreurs ou de failles. On approchera ainsi de la perfection. Puis après les images bi-dimensionnelles on fignolera les représentations 3D qui sont déjà bien avancées, pour preuve les jeux vidéo.

J’ai peur que dans le monde numérique de demain, le vrai ne se distingue plus du faux. Que la vérité s’efface peu à peu. Ce que l’on vit aujourd’hui n’est que le début d’un processus de falsification à grande échelle. Les complots et mensonges de demain seront quasiment indémontables. Comment alors ne pas se perdre ?

Propulseur MICRO R3

La startup ENPULSION, avec laquelle je collabore, vient de révéler son dernier propulseur, le MICRO R3, qui complète une gamme déjà large. Tout comme ses petits frères le MICRO R3 est un propulseur à émission de champ (FEEP en anglais) fonctionnant avec de l’indium liquide.

Le MICRO R3 est un propulseur de classe 100 W capable de délivrer une poussée de 1 mN et une impulsion spécifique de 6000 s. Les détails techniques et les caractéristiques sont disponibles ici. Le système, très compact puisque le volume total est de l’ordre de 1,5 U, développe une impulsion totale supérieure à 50 kNs, ce qui signifie que le temps de propulsion continue dépasse les 13000 h, soit 20 mois. Une tel niveau d’impulsion permet d’atteindre un increment de vitesse de plusieurs km/s pour un Cubesat de quelques kilogrammes, assez pour envisager des missions spatiales de grande envergure.

Je tiens à féliciter ici toute l’équipe d’ENPULSION pour le travail réalisé car je connais les difficultés à surmonter pour en arriver là. Je suis aussi ravi et fiers que deux de mes anciens étudiants aient participé activement à l’élaboration et à la qualification de ce nouveau produit pour la propulsion des Cubesats et des microsats. Continuez d’avancer, d’autant plus qu’il y a de sérieux concurrents derrière vous.

Je conseille à tous ceux qui désire en savoir d’avantage la lecture d’un article récemment paru dans SpaceNews qui retrace la jeune histoire d’ENPULSION et donne des informations sur l’ensemble de la gamme des propulseurs FEEP de cette entreprise.

ENPULSION avait déjà fait parler d’elle il y a quelques mois lorsqu’elle a dévoilé le premier micropropulseur à vecteur poussée orientable, le NANO AR3. L’objectif est d’accroitre la flexibilité du système propulsif et de se passer des systèmes d’orientation mécaniques. J’ai écrit deux articles sur ce sujet : Rendre les nanosatellites plus agiles (Air & Cosmos 2678 p. 18-19, mars 2020), Un moteur orientable va booster l’exploration spatiale, (Science & Vie 1233, p. 17, juin 2020).

Prix Nobel

Les Prix Nobel 2020 de Physique et de Chimie viennent d’être décernés.

Roger Penrose, Andrea M. Ghez et Reinhard Genzel ont été récompensés pour leur travaux théoriques et expérimentaux sur les trous noirs.
Je suis vraiment ravi que le Prix ait été attribué à Sir Roger Penrose. Je le considère comme l’un des plus grand physicien contemporains. Ces ouvrages et ses prises de parole m’ont marqués. J’ai encore en tête son brillant ouvrage (comme tous) intitulé » The Emperor’s New Mind: Concerning Computers, Minds, and The Laws of Physics « . Il m’a inspiré et renforcé dans mon souhait de faire de la recherche en Physique mon métier. Plus récemment j’ai lu » The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe » ; un livre long et ardu mais complet. J’en recommande la lecture.
Ce Prix récompense indirectement – à titre posthume hélas – les idées novatrices et les travaux de Stephen Hawking, le grand ami de R. Penrose.

Hier, le Prix Nobel de Chimie a été décerné à Jennifer Doudna et Emmanuelle Charpentier pour la mise au point récente d’un outil révolutionnaire pour la modification des gènes baptisé Crispr-Cas9. Félicitons nous d’abord que le deux récipiendaires soient des femmes, relativement jeunes en plus, ce qui en dit long sur l’importance de leur découverte. Il semble aujourd’hui évident que Crispr-Cas9 jouera un rôle majeur dans le futur de l’humanité, pour le meilleur ou pour le pire.
La chercheure française Emmanuelle Charpentier a certes fait ses études en France, dont un doctorat à l’Institut Pasteur. Mais après avoir beaucoup voyagé, elle est installée en Allemagne aujourd’hui où elle dirige l’Institut Max Planck de biologie des infections à Berlin. Quel dommage pour la France. Quelle perte.
Son histoire traduit l’état miséreux dans lequel se trouve la recherche française. Il n’y aura bientôt plus de Prix Nobel français, fait sur lequel s’accordent de grands noms tels que Claude Cohen-Tannoudji, Albert Fert, Jean-Pierre Sauvage, Pierre-Gilles de Gennes, Georges Charpak. On vit sur le peu d’acquis qui nous restent en regardant les autres nous passer devant. Manque de moyens, temps perdu à grapiller des miettes, Universités en décrépitude, mauvais recrutements, gaspillages, batailles politiques…

Ça brûle

Notre pensé est aujourd’hui obnubilée par l’épidémie du CoViD-19. Nous sommes littéralement focalisés sur cette maladie, oubliant que le monde tourne toujours ¹. Nous avons bien sûr raison de combattre le virus avec force, de mettre en place des règles pour éviter l’hécatombe, pour protéger les gens et maintenir à flot l’économie. Mais cette épisode, même si sa dimension est planétaire, n’est qu’un problème mineur avec des solutions, d’abord temporaires (masque, respect des distances, désinfection), puis définitive (traitement médical, vaccin). Dans quelques mois ou semestres cet épisode sera derrière nous et nous reviendrons à nos préoccupations premières.

Je crois sincèrement que cette pandémie occulte l’essentiel. Le monde va mal, de plus en plus mal, et les actions pour combattre les dérives sont dérisoires voire inexistantes. J’ai vu ces dernières semaines les images terrifiantes des incendies en Californie. J’ai vu des vidéos sur la fonte des glaciers et de la banquise, sur le recul de la forêt amazonienne. Je ne cite même pas les records de température, les inondations mortelles et les bêtises débitées par D. Trump. Les événements climatiques empirent chaque année, leur intensité augmente. Et rien. L’évidence est là. Mais il ne se passe rien. Des annonces mais aucune action sérieuse véritablement concrète. On nous promet des changements pour dans dix ans, vingt ans, 2050 voire 2100.

On reste immobile, attaché comme des mouches à la glue à notre mode de vie bien confortable. On pousse la machine à fond faisant fi des signaux d’alerte. En agissant de la sorte on se condamne et on condamne les suivants. Nous avons déjà perdu quarante ans. J’ai peur que nous en perdions quarante de plus. On se réveillera un jour prochain mais il sera bien trop tard. Un retour en arrière n’est et ne sera nullement compatible avec nos échelles de temps. Alors on subira.

1) Sur ce sujet les réflexions de BHL dans son dernier ouvrage sont pertinentes (Ce virus qui rend fou, Grasset 2020).

Lectures

Voilà les livres que j’ai lu cet été pendant mes vacances en famille.
M, le bord de l’abîme, de Bernard Minier (genre : policier, science)
Eloge de l’énergie vagabonde, de Sylvain Tesson (genre : récit de voyage)
Surface, d’Olivier Norek (genre : policier)
Luca, de Franck Thilliez (genre : policier)
Marcher – Eloge des chemins et de la lenteur, de David Le Breton (genre : essai)

Le livre de B. Minier et celui de F. Thilliez ont pour trame de fond les nouvelles technologies et la numérisation de nos sociétés. Les héros de M gravitent dans le monde de l’Intelligence Artificielle. Quant à l’équipe du commandant Skarko elle découvre l’augmentation des corps. Dans les deux cas le lecteur, lui, passe du bon temps.

Un ouvrage ce détache de cette liste. Je recommande tout particulièrement la lecture du livre de D. Le Breton. On découvre ou redécouvre les raisons pour lesquelles on marche, ils marchent. Il ne manque rien. Je me suis souvent retrouvé dans les paragraphes et les citations. A lire absolument si on aime se balader, se promener, faire des randonnées, voyager, parcourir le monde, les villes ou son jardin.

Randonnée

Je suis parti à neuf heures du matin hier. J’ai du décaler un peu le début de ma randonnée à cause de d’une pluie abondante. Pas envie de commencer trempé. Je suis partit du gîte où nous avons désormais nos habitudes dans le hameau de Massempy pour me rendre en direction des Monts de Blond. J’ai rejoint Villeforceix puis Vaulry et Bachellerie en subissant plusieurs fortes averses. J’ai heureusement pu me protéger à chaque fois en regardant les gouttes venues du ciel s’écraser sur les arbres et le sol. J’avais décidé de rejoindre cette fois-ci l’imposant radar de l’aviation civile par l’est en suivant le chemin des crêtes. Je suis rentré par Fromental et la Roche des Fées dont je ne me lasse jamais depuis ma première visite au début des années 1990. J’ai atteint le gîte à la tombée de la nuit, fatigué de tous ces pas mais ravi.
J’ai en tout parcouru 48 kilomètres en onze heures de marche et subi 2920 mètres de dénivelé absolu soit +1460 m de dénivelé positif. J’ai bien dormi cette nuit là.

J’attendais cette journée depuis plusieurs semaines. Besoin de me retrouver seul, de marcher pour réfléchir et faire le vide après plusieurs mois compliqués en raison de l’épidémie de coronavirus, d’admirer les paysages Limousin, de regarder et écouter la faune, de sentir les odeurs de cette campagne qui m’a vu grandir et évoluer. Je n’ai pas été déçu. Me voilà prêt à repartir.

ISCT200-Neo

Propulseur de Hall ISCT200-Neo en tir à 250 V avec du xénon.

Mon équipe vient de terminer le développement du propulseur à courant de Hall⁽¹⁾ ISCT200-Neo. Je suis fiers du travail accompli en seulement quelques mois. Je tiens ici à remercier sincèrement tous les membres de EP_team et à les féliciter, en particulier Théo Lejosne qui a supervisé ce projet.

Il s’agit de la nouvelle version de l’ISCT200, un propulseur de classe 200 W. L’architecture de base et la géométrie restent celles de la série ISCT200 . La chambre est en nitrure de bore et le champ magnétique est produit à l’aide d’aimants permanents. Les améliorations concernent les aspects thermique et mécanique. En outre l’anode, qui joue aussi le rôle d’injecteur de gaz, a été réalisée en impression 3D. Nous avons ainsi poursuivi l’étude sur l’I3D conduite dans le cadre de la thèse de Lou Grimaud sur les propulseurs de Hall à écrantage magnétique.

La photographie ci-dessus montre le propulseur ISCT200-Neo en tir avec du xénon dans la chambre à vide EPIC. Le propulseur opère à 250 V de tension de décharge avec une pression résiduelle de 10^-4 mbar-Xe.

(1) Les désignations « propulseur de Hall » ou « propulseur à effet Hall », qui sont le plus souvent utilisées, sont en réalité incorrectes. L’appellation « à courant de Hall » est une description juste du principe de fonctionnement qui fait référence au courant électronique dans la direction azimutale créé par la dérive en champs électrique et magnétique croisés.

Ejection de matière

Le trou noir MAXI J1820+070 éjectant une goutte géante de plasma – Première observation réalisée en novembre 2018.

L’image ci-dessus révèle un jet de matière relativiste produit par le trou noir MAXI J1820+070. Elle a été obtenue par une équipe Internationale à partir d’imagerie spatiale dans le domaine radio et dans le domaine des rayons X. Quelle belle et grande découverte qui fait suite à la première photographie d’un trou noir de la galaxie Messier 87 publiée en avril 2019. Comment ne pas être fasciné et ému par la beauté et la magie de notre Univers. Par sa complexité aussi.

C’est ce genre d’images et d’observations qui m’ont fait aimer la Science et la Physique en particulier. Jeune je me régalais des articles du magazine Science & Vie puis de La Recherche en rêvant de marcher sur les traces de ces hommes et de ces femmes qui nous faisaient avancer sur le long chemin de la connaissance. J’ai en grande partie réalisé mon souhait.

Les chiffres issus de l’étude de MAXI J1820+070 sont vertigineux : une vitesse d’éjection atteignant 80 % de la vitesse de la lumière, une énergie interne de l’ordre de 6×10⁵² eV et une quantité de matière estimée à 2×10¹⁷ kg. Face à cette démesure il nous faut rester humble. Nous ne représentons pas grand chose pour ne pas dire rien. Un souffle de trou noir et nous disparaissons instantanément sans laisser de traces.

Les lecteurs désireux d’en apprendre d’avantage peuvent lire la pré-étude déposée sur arXiv et l’article publié dans The Astrophysical Journal Letters.