Sélection scientifique de la semaine (numéro 239)

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L’échelle de Kardashev : quelle type de civilisation sommes-nous ?

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i Dans beaucoup de films de science fiction faisant intervenir des aliens, ce sont les aliens qui viennent sur Terre pour nous envahir, et non les humains qui vont envahir une autre planète peuplée d’extra-terrestres. C’est le cas par exemple de Independence Day, ou encore plus récemment d’Avengers. Ceci suppose que les extra-terrestres soient en mesure de voyager à travers la galaxie pour venir nous voir, typiquement à bord d’un vaisseau spatial, et très certainement, en empruntant des trous de ver (voir ça plus loin pour savoir pourquoi). Une remarque peut donc être faite : étant donnée que sur le plan de l’exploration spatiale nous ne sommes allées (en dehors de la Terre) que sur la Lune et nul part ailleurs, ça signifie que les aliens sont techniquement beaucoup plus avancés que nous ! On peut se demander : comment classer le niveau d’avancement technologique d’une civilisation ? Une façon parmi d’autres de poser le problème est de voir quelle quantité d’énergie peut être produite, consommée et exploitée par la civilisation. Ceci n’est pas si stupide : la production d’énergie de notre espèce ne fait que croître depuis toujours. De la maîtrise du feu, à l’emploi de chevaux, d’esclaves, puis de poudre à canon, de machines à vapeur, à charbon, puis à explosion, électriques et enfin à l’énergie de fission nucléaire, nous consommons toujours plus d’énergie. Une partie de l’énergie est utilisée pour l’exploration spatiale : aujourd’hui on utilise des fusées et des sondes à propulsion chimique, ionique ou solaire pour explorer d’autres planètes. L’exploration spatiale demande énormément de ressources, et on imagine très bien que voyager à travers la galaxie pour envahir une planète va en demander beaucoup, beaucoup plus encore.

L’échelle de Kardashev

Partant de cette base, il a été proposé de mesurer la quantité d’énergie mise en jeu par toute une civilisation, de la quantifier, et de classer une civilisation sur une échelle. C’est ce qu’a fait en 1964 l’astrophysicien Nikolaï Kardashev.
Il est parti du principe qu’une civilisation peut « récolter » l’énergie disponible dans l’univers, et il classe les civilisation en se basant sur l’ordre de grandeur de la quantité d’énergie captée. Kardashev définit 3 types de civilisations : le Type I, le Type II et le Type III.

Le Type I

Une civilisation de Type I est capable de capter et d’utiliser toute la puissance d’une planète.
Pour nous, ça veut dire la puissance disponible sur Terre. Ceci inclut le vent, les cyclones, les marrées, la chaleur, les volcans, les orages, les énergies fossiles (charbon, gaz, nucléaire…) et les énergies du vivant (bois, biocarburant…). Quantitativement, ceci correspond environ à $10^{16}$ à $10^{17}text{ watts}$.

Le Type II

Cette civilisation est capable de capter toute la puissance de son étoile (pour nous, ça serait donc le Soleil).
Le Soleil tire son énergie de la fusion thermonucléaire, et cette énergie rayonne dans toutes les directions autour du Soleil (nous ne recevons sur Terre qu’une minuscule partie de ce rayonnement). Une façon de faire serait de placer des panneaux solaires partout autour du Soleil et de canaliser toute l’énergie vers la Terre, les vaisseaux spatiaux, ou quoi que ce soit qui puisse utiliser cette énergie. Le Soleil émet $3,86times10^{26}text{ watts}$. Kardashev proposait de mettre la barre à $10^{26}text{ watts}$.
Le Type II consomme donc environ un milliard de fois plus de puissance qu’un Type I. Au passage, l’idée d’une sphère de panneaux solaires autour d’une étoile pour en capter la totalité de l’énergie, se nomme une sphère de Dyson.

Le Type III

Plus fort encore, une civilisation de Type III est capable de récolter la puissance de toutes les étoiles de sa galaxie, et de l’utiliser à sa convenance.
Notre galaxie comportant environ 100 milliards d’étoiles de toute sortes, cela représente la quantité énorme de $10^{37}text{ watts}$. Là encore, le rapport de puissance énergétique entre un Type III et un type II est de l’ordre du milliard (10 milliards pour être précis). Pour résumer :
l’échelle de Kardashev
↑ Consommations énergétiques des trois types de l’échelle de Kardashev (image : wiki-commons)

Le Type IV

Plus tard, il est parfois ajouté à la liste un Type IV.
Une civilisation de ce type est, vous l’aurez compris, en mesure de capter toute la puissance de toutes les galaxies, ainsi que le rayonnement intergalactique. Une telle civilisation aurait également la capacité de traiter l’information à l’échelle galactique, donc beaucoup, beaucoup d’information. L’astrophysicien Carl Sagan a modifié l’échelle de Kardashev pour l’affiner, et permettre de situer des civilisations intermédiaires. Ainsi, il considère qu’une civilisation de type 1,1 serait capable de capter l’équivalent de 10 planètes comme la Terre, tout en restant très loin de l’énergie d’une étoile.

Où se situe l’espèce humaine ?

Selon la formule de Carl Sagan : $$K = frac{log_{10}W – 6}{10}$$ Le niveau intermédiaire $K$ (le chiffre après la virgule) et donnée à partir de la puissance consommée $W$. L’humanité se trouverait alors autour de 0,75 sur l’échelle de Kardashev (la puissance consommée par les humains représentant autour de 12 000 millions de TEP par an), soit aussi environ un millième de la puissance de notre planète Terre. Sachant que notre économie (et notre énergie) est en bonne partie basée sur le pétrole et le charbon, il faudrait des ressources en énergies fossiles 1000 fois plus importantes que ce qu’on a actuellement pour atteindre le Type I.
Ceci étant improbable, il est absolument nécessaire de se tourner vers d’autres sources d’énergie, plus durables et plus puissantes. On pense en particulier l’énergie solaire, la fusion nucléaire, et pourquoi pas l’énergie des cyclones, volcans ou tremblements de terre. Enfin, pour finir sur les humains, si nous parvenons au Type I et que nous souhaitons continuer à évoluer, nous devrons conquérir d’autres planètes pour avoir plus d’énergie, d’où le rapport avec l’exploration spatiale et les extra-terrestres.

Où se situent les extra-terrestres ?

Si l’on prend l’exemple des extra-terrestres dans le film Avengers, ceux-ci envahissent New-York en passant par un trou de ver. La simple mention du trou de ver suffit ici à donner une idée de l’énergie mise en œuvre par cette civilisation. Un trou de ver, c’est un court-circuit dans la structure de l’espace-temps, qui permet de passer d’un endroit de l’univers à un autre plus rapidement que ne le ferait la lumière, typiquement en franchissant quelque chose comme une porte. Ces « objets » sont théoriquement possibles et largement décrit, comme par exemple le pont d’Einstein-Rosen. En pratique, on pense qu’ils existent à l’échelle de Planck, c’est à dire de la taille incroyablement petite de $10^{-35}text{ m}$ (soit 20 d’ordres de magnitude plus petit qu’un noyau atomique) et d’une durée de vie de $10^{-43}text{ s}$, mais on ne les observe pas, ni en petit, ni en grand. Il n’est pas exclu non plus, par la théorie, que ces « portes spatio-temporelles » existent à d’échelles plus grandes, mais il faudrait une énergie faramineuse pour arriver à les agrandir et surtout à les maintenir ouvertes. Or, cette énergie est, selon les sources, de l’ordre de celle d’une galaxie entière et ses milliard d’étoiles. Une civilisation capable de produire un trou de ver est donc au minimum une civilisation de type III.

Pourquoi évoluer ?

En tant que civilisation, on a historiquement toujours conquis et exploré le monde. Il a pris par exemple 1 500 ans après l’ère de César pour traverser l’océan et découvrir un nouveau continent. Et il a pris 450 ans de plus pour voyager jusqu’à la Lune. Certains visionnaires convoitent désormais l’idée d’aller sur Mars, soit ~50 ans après la Lune. En tant qu’espèce vivante, et représentant de « la Vie », nous ne pouvons nous permettre de rester sur Terre : tôt où tard, notre planète sera détruite, et si ce n’est pas par nous même, ça sera par le Soleil, dont la durée de vie est limitée. Il nous reste environ 50% d’autonomie, soit 4~5 milliards d’années avant que le Soleil explose. Il nous faudra donc partir d’ici là (et bien avant en fait, car le Soleil gagne en luminosité au fil des éons) si nous voulons survivre. Partir où ? Comment ? Si on considère que si on veut voyager librement dans l’univers (par exemple comme dans Stargate, avec des portes), alors il nous faudra obligatoirement maîtriser la technologie des trous de ver. En effet, avec les fusées actuelles, il faut 9 mois pour voyager sur la première planète possiblement habitable de notre propre système solaire — Mars — (et c’est déjà un problème non résolu à ce jour…). Pour arriver à la première étoile, il faut compter quelques dizaines de milliers d’années. Si on arrivait à voyager à la vitesse de la lumière, la première étoile serait encore à 3 années de voyage, et traverser la Voie Lactée nous prendrait toujours 100 000 ans. Voyager à la vitesse de la lumière serait bien trop lent : un aller simple vers les exo-planètes les plus proches découvertes aujourd’hui aurait déjà la durée de l’ordre d’une vie humaine ! Dit autrement : sans trous de vers, nous n’irons nul part. À ces échelles de temps, si nous n’évoluons pas, et si nous restons toujours au stade d’une civilisation de Type 0,7, ou même de Type 1, alors nous n’existerons plus dans quelques milliards d’années.
Alors non, pas la peine de se presser, mais il ne faut pas s’asseoir sur nos acquis pour autant : comparé à d’éventuelles autres civilisations, il est possible que nous ne soyons que des êtres primitifs ayant encore tout à découvrir et à inventer. Image d’entête de Tama Leaver Continue reading

Sélection scientifique de la semaine (numéro 238)

Linky
– Comment l’industrie du sucre a payé des chercheurs pour mentir sur le lien entre son produit et les maladies cardiovasculaires. – Les mois se suivent et se ressemblent : encore un record de température planétaire battu au mois d’août. – … Continuer la lecture
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Sélection scientifique de la semaine (numéro 235)

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Tours du Monde, Tours du Ciel 10/10

Durant trois semaines estivales, je vous invite à voir (ou revoir) ce documentaire exceptionnel qui fête ses 25 ans cette année : Tours du Monde, Tours du Ciel, de Robert Pansard-Besson.
Vous y découvrirez la longue histoire de la plus ancienne des sciences, en dix voyages auprès des observatoires astronomiques les plus emblématiques, sous la musique merveilleuse de Georges Delerue…

Attention : voir ce film à l’âge de 18 ans peut provoquer ou renforcer une vocation d’astronome !

Bons voyages immobiles !
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