La lumière, futur moteur de l’exploration spatiale ?
LETTRE DE L’ESPACE. Faire bouger un objet grâce à la seule lumière, cela n’appartient plus tout à fait à la science-fiction. Des chercheurs viennent d’en livrer une preuve de concept.
Atteindre Alpha du Centaure, le système stellaire le plus proche du Soleil, exigerait des centaines de milliers d’années avec nos propulseurs actuels. Une alternative attire l’attention des physiciens : utiliser la lumière pour propulser un engin spatial. Des chercheurs de l’université Texas A&M ont récemment publié une preuve de concept prometteuse dans la revue Newton. Ils ont conçu des structures microscopiques, appelées métajets, capables de léviter et de se déplacer sous l’effet d’un laser, sans contact mécanique ni carburant embarqué.
Pour comprendre comment la lumière peut mettre un objet en mouvement, il est essentiel de s’intéresser aux métasurfaces, des matériaux ultrafins structurés à l’échelle nanométrique. L’équipe a développé un « sandwich » optique constitué de minuscules piliers en silicium sur une base transparente en dioxyde de silicium. Cette architecture joue un rôle crucial : lorsqu’un rayon laser frappe cette surface, une partie de la lumière est déviée et une autre est réfléchie.
La loi de l’action et de la réaction d’Isaac Newton entre alors en jeu. La lumière possède une quantité de mouvement. En interagissant avec les piliers, elle transfère une partie de son élan au métajet. Le Dr Shoufeng Lan compare ce phénomène à des balles de ping-pong rebondissant sur une surface : à chaque impact, une petite quantité de mouvement est transmise. Ici, les photons du laser exercent sur le métajet une poussée infime, appelée force métaphotonique.
L’équipe texane a réussi à obtenir simultanément une lévitation verticale et une propulsion horizontale en modulant la géométrie des piliers de silicium. En ajustant la taille et le nombre de ces colonnes, les chercheurs peuvent déterminer l’angle de déviation de la lumière, contrôlant ainsi la vitesse et la direction du métajet.
L’étude démontre que la force de propulsion dépend principalement de la puissance du laser, et non de la taille de l’objet. Ces principes pourraient théoriquement s’étendre à des systèmes plus grands, à condition de disposer d’une puissance lumineuse suffisante. Les structures sont fabriquées par lithographie électronique, une technique maîtrisée en nanofabrication, mais un changement d’échelle poserait des défis industriels.
Cependant, il s’agit encore d’une démonstration de principe. À ce stade, ces dispositifs restent microscopiques et ne sont testés qu’en laboratoire, immergés dans un liquide pour atténuer les effets de la gravité. La prochaine étape pour l’équipe consiste à obtenir des financements pour tester cette technologie en microgravité. Entre science fondamentale et rêve d’exploration interstellaire, ces métajets pourraient constituer les premiers jalons d’une propulsion où la lumière elle-même ferait office de moteur.
Source : Le Point
