Le cylindre O'Neill

Les cylindres d’O'Neill sont des colonies spatiales hypothétiques proposées par le physicien Gerard K. O'Neill. Dans les théories suggérées par le professeur O’Neill et ses successeurs, ces stations spatiales permettraient à des millions d’êtres humains de vivre dans des habitats artificiels dotés de ressources énergétiques illimitées.

D'où provient l'idée d'un tel projet?

On le sait, si les habitudes de consommation et d’utilisation des ressources de notre planète ne changent pas drastiquement, l’humanité pourrait faire face à des difficultés liées à l’environnement. Les ressources naturelles et les espaces disponibles n’étant pas illimités, l’humanité pourrait un jour devoir faire face à l’incapacité de devoir subvenir aux besoins de plusieurs dizaines de milliards d’habitants.

Afin de faire face à ces défis, la construction de colonies spatiales habitées dans l’espace pourrait bien offrir une solution adéquate au problème des ressources et de l’énergie.

Au cours des années 1970, le physicien Gerard K. O’Neill, ancien professeur à l’Université de Princeton a proposé de travailler sérieusement aux développements de projets de mégastructures spatiales pouvant accueillir des populations de plusieurs millions d’habitants, qui vivraient ainsi dans des colonies artificielles reproduisant le climat et les écosystèmes présents sur Terre.

Dans la vidéo suivante, vous découvrirez une magnifique représentation 3D d'une colonie spatiale située dans un cylindre :

L’idée parait saugrenue? Ce n’est pourtant pas ce que pense Jeff Bezos, le très riche fondateur et propriétaire d’Amazon.

En effet, dans une récente conférence présentée à l’occasion du dévoilement de la nouvelle sonde lunaire, développée par sa compagnie spatiale Blue Origine, Bezos a consacré une partie de son exposé au futur de l’humanité dans l’espace.

De plus, il semble considérer que les cylindres O’Neill constituent une solution à envisager pour faire face au surpeuplement ou encore au réchauffement climatique.

O'Neill et son équipe ont imaginé des colonies de différentes formes et tailles, qui avaient toutes un point commun : Ce sont toutes des structures en orbite dans l’espace. Mais contrairement aux stations spatiales auxquelles nous sommes habitués, les stations envisagées par O’Neill n'étaient pas destinées à être de simples laboratoires ou encore des bases de relais pour des voyages à destination d’autres planètes.

Découvrons les usages possibles et les caractéristiques du cylindre d'O'Neill.

Mais à quoi cela servirait-il de vivre dans l’espace?

Les avantages théoriques du cylindre d’O’Neill

Selon O’neill, ces structures présenteraient de nombreux avantages. Il croyait fermement que vivre dans des habitats lunaires ou même situés sur la planète Mars ne présenterait aucun attrait pour des entreprises de colonisations à long terme.

Selon lui, pour que l’humanité puisse un jour habiter dans l’espace, il faudra que l’on puisse récréer des habitats aussi beau et agréable que ce qui existe sur Terre.

Une meilleure qualité de vie

On le sait bien, si des bases viennent à être un jour développées sur la Lune ou sur Mars, ces nouveaux habitats seront loin d’offrir le confort de vie que l’on retrouve sur Terre.

Premièrement la gravité y sera plus faible. Sur la Lune, la gravité est 6 fois plus faible que sur notre planète. Sur Mars, la gravité y est quatre fois plus faible. De plus, les scientifiques commencent à peine à entrevoir les dangers sur le corps humain d’une exposition prolongée à de telles conditions.

Du coup, avant de trouver une solution pour terraformer Mars et la rendre propice au développement de la vie, il faudra certainement habiter des colonies dans l'espace.

À la place, les cylindres spatiaux offriraient la possibilité de générer une gravité artificielle semblable à la Terre, grâce notamment à la force centrifuge. Les cylindres seraient conçus pour tourner sur eux-mêmes afin de générer une force suffisante qui serait ressentie par ses habitants comme de la gravité.

Enfin, le climat serait totalement sous le contrôle de la colonie. Nous pourrions donc régler la température pour créer un climat tempéré agréable tout au long de l’année.

Les cycles journaliers, d’une importance capitale pour le corps humain, serait eux aussi artificiellement contrôlés pour reproduire des journées de 24 heures semblable au cycle de vie auquel l’être humain est adapté depuis des millions d’années.

Des ressources inépuisables

Grâce à l’énergie solaire qui serait recueillie par l’intermédiaire de panneaux photovoltaïques, les habitats spatiaux tels que ceux envisagés par le professeur O’neill auraient un accès illimité à l’énergie produite par notre étoile.

Comment construire une colonie O’Neill?

Comme vous vous en doutez, envoyer du matériel depuis la Terre coute excessivement cher. Surmonter cette difficulté sera sans doute l’un des plus grands défis. Mais heureusement, une construction de ce type nécessiterait beaucoup moins de matériaux qu’une sphère de Dyson, une autre mégastructure spatiale totalement hors de l’ordinaire.

En raison du cout faramineux qui serait nécessaire pour transporter les matériaux depuis la Terre, l’objectif serait de s’approvisionner exclusivement de matériaux provenant de l’espace, notamment en provenance de colonies minières situées sur la Lune comme cela est très bien illustré dans l’excellent film Moon :

À part l’acheminement des habitants et des animaux qui peupleraient ces structures, en théorie, la construction se ferait presque exclusivement dans l’espace. Une fois une colonie construite, les habitants de celles-ci pourraient ensuite contribuer à la construction d’une seconde base spatiale et ainsi de suite.

Où ces colonies seraient-elles situées?

O'Neill a choisi un emplacement spécial pour ses colonies : les points de libration ou de Lagrange L4 et L5 du système Terre-Lune.

Les points Lagrange correspondent à un point d’équilibre gravitationnel entre deux corps célestes. Dans le système Terre-Lune, le point Lagrange permettrait à une colonie d’orbiter au sein de ce système sans n’être attiré ni par la Terre ni par la Lune. Il ne faudrait donc que très rarement procéder à des ajustements de l’orbite de la colonie spatiale.

Disposer les colonies à cette distance signifie également qu'elles seraient situées bien au-delà de la ligne de Karman et de la distance où se trouve actuellement l'ISS et la majorité de nos satellites.

La vie dans la colonie O'Neill

Nous l’avons évoqué plus haut, l’intérêt de ces colonies est d’offrir une qualité de vie semblable aux conditions de vie sur Terre, voire même supérieure.

La vie dans les colonies O'Neill serait caractérisée par une autosuffisance totale. Pour ne pas dépendre de la Terre, les habitants de la colonie devraient être en mesure de se procurer sur place tous les biens de consommation nécessaires.

Aussi incroyable que cela puisse paraitre, dans la vision d’O’Neill, l’agriculture serait également pratiquée au sein même des colonies spatiales.

De nombreuses espèces animales pourraient également y être élevées afin de subvenir aux besoins alimentaires de la colonie.

Les plantes pourraient assurer le cycle de l'air et de l'eau en transformant le dioxyde de carbone en oxygène.

L'eau serait ensuite purifiée dans des stations d'épuration et réintégrée dans le circuit. Cela permettrait d'avoir une alimentation mixte saine qui fournirait aux résidents une quantité suffisante d’eau pour un usage quotidien.

Les dangers et défis

Le danger le plus évident est sans doute le risque de collision avec un astéroïde suffisamment gros pour détruire ou sérieusement endommager une de ces mégastructures.

Les risques de pannes générales ne sont pas à exclure non plus. Si des projets semblables aboutissent un jour, les habitants de ces colonies ne seraient jamais tout à fait à l’abri de défaillances. Étant en orbite dans l’espace, toute défaillance qui mettrait en péril l’intégrité du système pourrait avoir des conséquences catastrophiques sur les millions d’habitants. Bien entendu, les concepteurs de ces mégastructures prévoiront sans aucun doute des nacelles de sauvetage comme pour les grands paquebots qui voguent sur les océans de notre planète.

Les différents modèles de colonies spatiales

Les travaux d’O’Neill ont inspiré de nombreux autres chercheurs à s’intéresser à la question du développement d’habitats humains orbitant dans l’espace.

Le résultat a été des concepts de colonies similaires, mais parfois tout à fait différents de ce qu’avait d’abord envisagé le professeur O’Neill.

Anneau de Bishop

L'anneau de Bishop est une structure spatiale destinée à accueillir des êtres humains qui ne diffère pas beaucoup de ce qui a été proposé précédemment. Tout comme le cylindre d’O’Neill, l’anneau effectuerait des rotations créant ainsi un environnements de gravité artificielle.

Comme son nom l'indique, cette structure spatiale aurait la forme d'une anneau.

Cylindre de McKendree

Le cylindre McKendree est une sorte d'habitat spatial hypothétique en rotation, proposé à l'origine lors de la conférence "Turning Goals into Reality" de la NASA en 2000 par l'ingénieur Tom McKendree. Tout comme pour le cylindre d’O’Neill, la structure envisagée par Mckendree tournerait pour produire une gravité artificielle par le biais de la force centrifuge.

Tore de Stanford

Comme les autres colonies spatiales évoquées jusqu’ici, la Tore de Stanford est un modèle d’habitat artificiel proposé par l’Université Stanford en collaboration avec la NASA en 1975. Mais contrairement à un design cylindré, les ingénieurs qui se sont penchés sur ce projet ont plutôt tablé sur la forme d’un beignet. 

Les cylindres d’O’Neill dans les œuvres de science-fiction

Les colonies envisagées par le physicien américain ont fréquemment été abordées dans les ouvrages et films de science-fiction.

Dans la littérature

Le roman de science-fiction Ringworld de l’auteur américain Larry Niven, publié en 1970, se déroule dans une colonie spatiale circulaire semblable à l’anneau de Bishop.

Dans le cinéma

Deux films sortis il y a quelques années avaient mis en vedette des stations spatiales semblables au cylindre d'O'Neill.

Le film Elysium, sorti en 2013 et mettant en vedette l’acteur américain Matt Damon, se déroule sur une Terre mourante où le réchauffement climatique a laissé place à une Terre désolée et habité par les couches les plus défavorisées de la société.

Les riches, en revanche, habitent Elysium, une colonie spatiale orbitant autour de la Terre et faisant office de véritable paradis pour les élus qui ont la chance d’y habiter. Le design de la station spatiale se rapproche davantage de l'anneau de Bishop que d'un cylindre d'O'Neill.

Dans le film à succès Interstellaire, le réalisateur Christopher Nolan à ajouté au scénario la présence d’un cylindre d’O’Neill en orbite autour de la planète Saturne et qui portait le nom de station Cooper.

Dans les jeux vidéo

Les jeux vidéo dans l'espace sont souvent l'occasion de mettre en vedette des théories développées par les scientifiques et les auteurs de science-fiction.

Dans le jeu vidéo Mass Effect, la base spatiale Citadelle est directement inspirée du modèle de colonie développée par O'Neill.

Conclusion

Bien que des sommités du domaine des sciences se soient penchées sérieusement sur la question, de telles habitations spatiales ne verront sans doute pas le jour avant plusieurs décennies.

En revanche, les projets semblent assez convaincants pour que la NASA ait accordé du financement afin de permettre à des chercheurs de développer des plans et des scénarios réalistes.

On retiendra de cet article que ces projets verront sans doute le jour dans un futur proche. Néanmoins, de nombreux défis restent à surmonter avant de pouvoir déménager dans l’espace.

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