La lumière, futur moteur de l’exploration spatiale ?
La possibilité de déplacer un objet uniquement par la lumière n’est plus une chimère. Des chercheurs de l’université Texas A & M ont récemment présenté une preuve de concept dans la revue Newton, démontrant que des structures microscopiques, appelées métajets, peuvent léviter et se déplacer grâce à un laser, sans nécessiter de contact mécanique ni de carburant embarqué.
Atteindre Alpha du Centaure, le système stellaire le plus proche du Soleil, nécessiterait des centaines de milliers d’années avec les propulseurs actuels. C’est ici qu’intervient l’idée d’utiliser la lumière comme moyen de propulsion. Les métajets sont fabriqués à partir de métasurfaces, des matériaux ultrafins structurés à l’échelle nanométrique. L’équipe a conçu un « sandwich » optique constitué de minuscules piliers en silicium reposant sur une base en dioxyde de silicium. Lorsque la lumière d’un laser frappe cette surface, une partie est déviée et une autre est réfléchie.
La loi d’action et de réaction d’Isaac Newton est essentielle dans ce processus. La lumière possède une quantité de mouvement, et en interagissant avec les piliers, elle transmet une partie de son élan au métajet. Le Dr Shoufeng Lan illustre ce phénomène en le comparant à des balles de ping-pong rebondissant sur une surface, où chaque impact transmet une petite quantité de mouvement. Les photons du laser, en étant déviés ou réfléchis, exercent une force métaphotonique sur le métajet.
L’équipe texane a réalisé une avancée significative en obtenant simultanément une lévitation verticale et une propulsion horizontale en modifiant la géométrie des piliers de silicium. En ajustant la taille et le nombre de ces colonnes, les chercheurs contrôlent l’angle de déviation de la lumière, ainsi que la vitesse et la direction du métajet.
L’étude révèle que la force de propulsion dépend principalement de la puissance du laser, plutôt que de la taille de l’objet. En théorie, ces principes pourraient être appliqués à des systèmes beaucoup plus grands, tant qu’une puissance lumineuse suffisante est disponible. Les structures sont fabriquées par lithographie électronique, une technique déjà maîtrisée, bien que des défis industriels subsistent pour un changement d’échelle.
Cependant, il convient de noter que ces dispositifs restent encore à l’état de démonstration de principe. Actuellement, ils sont microscopiques, plus fins qu’un cheveu humain, 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. Ces métajets pourraient ainsi ouvrir la voie à une nouvelle ère d’exploration spatiale où la lumière pourrait servir de moteur.
Source : revue Newton, université Texas A & M
