Sciences

Combien faut-il d'humains dans un vaisseau spatial pour aller coloniser une autre planète?

Temps de lecture : 5 min

En l'état actuel de la science, seul un équipage se reproduisant durant le trajet spatial de plusieurs centaines d'années pourrait avoir des chances d'arriver à destination.

Vue d'artiste de l'intérieur d'un cylindre O'Neill, un projet d'habitat spatial théorique proposé dans les années 1970 | NASA Ames Research Center via Wikimedia Commons License by

En 1995, les astrophysiciens Michel Mayor et Didier Quelozm découvraient la toute première exoplanète orbitant autour d’une étoile autre que notre Soleil: 51 Pegasi b. La découverte de ce monde extraterrestre inaugura la quête d’un monde habitable pouvant abriter la vie.

Vingt-trois ans plus tard, le nombre d’exoplanètes à l’existence confirmée dépasse les 3700; la possibilité de trouver un monde semblable au nôtre se rapproche.

Destination Proxima Centauri b

La détection récente de Proxima Centauri b, l’exoplanète la plus près de la Terre que nous puissions trouver, puisqu’elle orbite autour de l’étoile la plus proche de notre Soleil, ouvre une autre possibilité intéressante pour nous autres, habitants de la planète Terre.

Ce corps céleste très probablement rocheux et ayant une masse proche de celle de notre planète est d’un très grand intérêt, car sa température d’équilibre implique que l’eau pourrait être liquide à sa surface.

Située à 1.295 parsecs (40.000 milliards de kilomètres), Proxima Centauri b est une destination idéale. Un court voyage interstellaire ayant pour but l’exploration et la colonisation est théoriquement possible: nous pourrions ainsi implanter l’espèce humaine sur une autre planète.

Vue d'artiste de Proxima Centauri b | ESO / M. Kornmesser via Wikimedia Commons

Mais même si une fusée pouvait se propulser à un pour cent de la vitesse de la lumière, vitesse déjà bien plus rapide que celle de nos engins spatiaux habités actuels, le voyage vers Proxima Centauri b durerait plus de 423 ans.

La solution des navires géants autonomes

Dans ces conditions, pas de voyage vers les exoplanètes possible dans le temps d’une vie humaine. Les chercheurs doivent donc trouver une solution pour que l’équipage survive des centaines d’années dans l’espace lointain.

Pourrait-on, par exemple, congeler les corps? Malgré les avancées dans le domaine, les technologies de cryogénie ne sont pas encore viables: une fois les cellules congelées, des cristaux de glace se forment au niveau des parois cellulaires (vitrification), menant à la destruction du corps une fois qu’il est réchauffé.

Quid alors de l'hibernation? Des scénarios d’animation suspendue, où les fonctions physiologiques des membres d’équipage sont ralenties jusqu’à l’arrivée du vaisseau, doivent encore être explorées.

Une autre hypothèse est celle d'une maternité volante, où des embryons humains en phase précoce chouchoutés par des robots mûriraient tranquillement jusqu’à destination. Le problème majeur est l’absence de parents humains pour élever les enfants. Et il n’y a en outre jamais eu de population entièrement issue de la fécondation in vitro: il n’est peut-être pas souhaitable, dans ces conditions, que la mission s’appuie sur cette méthode.

La meilleure option pourrait être de compter sur des navires géants autonomes, qui voyageraient dans l’espace pendant que leur population serait active. On vivrait et on mourrait à bord, jusqu’à arriver à destination.

Plusieurs idées de structures et de conceptions ont été présentées dans le recueil de textes Islands in the Sky: Bold New Ideas for Colonizing Space en 1996, mais leurs hypothèses mathématiques et statistiques ne sont plus adaptées à notre technologie actuelle.

Un équipage de 150 à 44.000 membres

L’anthropologue John Moore a été le premier à utiliser un outil ethnographique dénommé Ethnopop pour estimer numériquement le nombre minimum de personnes pour un voyage multigénérationnel.

Ethnopop simule la situation matrimoniale et démographique de petits groupes de colons et utilise des modules externes pour créer épisodiquement des épidémies et des catastrophes. Mais ces modules n’ont jamais été utilisés dans le contexte d’un vol spatial, puisque le programme a été conçu pour calculer et analyser les migrations historiques des premiers groupes humains.

Considérant un voyage spatial où l’immigration et l’émigration sont impossibles, Moore a conclu qu’une mission de 200 ans devrait avoir un équipage initial de 150 à 180 personnes.

Selon lui, l’équipage devrait être jeune et autorisé à ne procréer que tardivement durant le cycle de reproduction des femmes, afin de retarder l’apparition de la première génération aussi longtemps que possible. Ces conditions permettent d’éviter une surpopulation et un taux élevé de consanguinité.

Des calculs plus récents réalisés par l’anthropologue Cameron Smith tendent à réviser ces chiffres à la hausse. Selon lui, un équipage initial de 14.000 à 44.000 membres est bien plus optimisé pour assurer une transmission saine du patrimoine génétique humain.

Selon son étude, un équipage de 150 personnes serait toujours au bord de l’extinction dans le cas d’une catastrophe de grande ampleur. Smith préconise un échantillon génétique initial beaucoup plus important, ce qui se traduit par de plus grands équipages.

La variation importante de l’estimation de la taille minimale est due aux hypothèses sous-jacentes utilisées par l’auteur, qui a calculé le nombre de colons arrivant à destination en utilisant une approche statistique simple.

Il semble que l’estimation d’un nombre optimal pour la population initiale est difficile, même sans prendre en compte les effets psychologiques que la perte de la planète mère peut avoir sur l’équipage.

Les calculs du projet Heritage

C’est dans ce contexte qu’en 2017, j’ai créé Heritage, un nouvel outil statistique de simulation de type Monte-Carlo. La physicienne des particules Camille Beluffi, l’astrophysicien Rhys Taylor et l’ingénieur en recherche et développement Loïc Grau sont aujourd’hui associés à cette initiative, qui vise à fournir des simulations réalistes en vue de l’exploration spatiale future.

Notre projet est multidisciplinaire: il utilise en autres l’expertise de physiciens, d'astronomes, d'anthropologues, d'ingénieurs en aéronautique, de sociologues et de médecins.

Heritage est le premier code entièrement dédié au calcul de l’évolution probabiliste d’un équipage à bord d’un navire interstellaire. Il doit permettre, entre autres, de savoir si un groupe humain avec une taille proposée peut survivre plusieurs générations sans aucun stock artificiel de matériel génétique supplémentaire.

La détermination de la taille minimale de l’équipage est, on l’a compris, une étape essentielle dans la préparation de toute mission multigénérationnelle, affectant les ressources et le budget requis pour une telle entreprise, mais ayant également des implications sociologiques, éthiques et politiques. Ces éléments sont essentiels pour étudier la création d’une colonie autosuffisante, afin que des humains puissent établir des implantations planétaires.

Vue d'artiste de l'intérieur d'un Tore de Stanford, un design imaginé en 1975 par la Nasa pour la colonisation spatiale | NASA Ames Research Center via Wikimedia Commons

Les premiers résultats de notre collaboration ont été publiés dans le Journal of the British Interplanetary Society, et un autre article est sous presse. Une présentation publique de nos travaux a été proposée durant le colloque Transmission, à Strasbourg, lors de laquelle nous avons montré que les chiffres d’équipages proposées par Moore et Smith ne peuvent être viables sur des voyages de très longue durée.

Il s’agit de déterminer les principes et règles de vie nécessaires pour qu’un équipage de la plus petite taille possible puisse assurer une mission multigénérationnelle viable et résistante à l’apparition de catastrophes et maladies graves.

Le code est actuellement en train d’être développé pour pouvoir prédire les besoins nutritionnels de l’équipage et déterminer la surface nécessaire à réserver à une agriculture spatiale à l’intérieur même du vaisseau; les serres hydroponiques sont probablement les meilleures options actuelles. Nos calculs donneront bientôt des contraintes sur la taille minimale d’un vaisseau.

Les premières études étayées d’exploration spatiale commencent à peine à voir le jour. Le sujet est encore vaste et de nombreux facteurs humains, spatiaux, culturels, psychologiques ou sociaux doivent être inclus dans le code informatique. La minutie est indispensable si nous voulons que notre espèce puisse investir de nouveaux mondes extrasolaires.

La version originale de cet article a été publiée sur The Conversation.

The Conversation

Frédéric Marin Post-doctorant à l'Observatoire astronomique de Strasbourg

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