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Nous sommes prisonniers sur Terre.

L’Univers nous nargue

en nous montrant tous ces endroits que nous ne pouvons pas visiter.

Cependant, si notre espèce veut avoir un futur à long terme,

nous devons nous échapper de notre prison.

Mais qu’est ce qui nous retient ici en premier lieu ?

Il s’avère que nous avons une dette envers l’Univers

qui date de 4,5 milliards d’années.

[Une prison faite d’énergie]

Toute chose ayant une masse dans l’Univers

attire toutes les autres choses ayant une masse.

Nous appelons ce phénomène “gravité”.

Plus vous êtes proche d’un gros morceau de masse,

plus l’attraction est grande,

et plus vous êtes attiré.

Cet effet nous piège sur Terre.

Imaginez ceci comme être prisonniers d’une “prison de gravité”,

ou un “puits de gravité”.

Ce n’est pas vraiment un puits,

mais une analogie pratique pour comprendre comment ça marche.

Être dans une prison de gravité implique que vous devez de l’énergie à la gravité.

Mais comment peut-on “devoir de l’énergie” ?

Dans notre univers, rien ne veut changer de vitesse, ni de direction.

Pour les convaincre de bouger,

Il faut dépenser de l’énergie.

Il y a des millards d’années, l’attraction gravitationnelle

de billions de billions de grains de poussière en orbite autour du Soleil

les rassembla pour former notre planète.

Ce procédé utilisa de l’énergie,

et créa le puits de gravité duquel nous faisons maintenant partie.

Plus vous êtes profond dans le puits,

plus vous devez d’énergie à la gravité.

Si vous ne rassemblez pas assez d’énergie,

vous ne pourrez pas partir, et ce malgré tous vos efforts,

parce que vos atômes firent un moment partie de la poussière

pour laquelle l’Univers dépensa de l’énergie

pour les amener jusqu’ici !

D’accord, hm…

Reprenons depuis le début :

Les objets dans l’Univers n’aiment pas bouger.

Vous devez les en convaincre avec de l’énergie.

La gravité utilisa de l’énergie pour convaincre les morceaux de notre planète

de se coller ensemble.

Ceci créa une prison de gravité au passage,

nous emprisonnant à l’intérieur.

Pour s’échapper,

Nous devons rembourser cette énergie.

D’accord !

Mais comment ?

[S’échapper de la prison de gravité]

Pour aller dans l’espace, il faut passer par un procédé compliqué

pour échanger de l’énergie.

Pour ce faire, nous construisons des"Machines de Remboursement d’Énergie Potentielle",

également connues sous un nom plus ennuyeux :

Des “fusées”.

Les fusées fonctionnent en utilisant parmi les composés chimiques

les plus réactifs que les humains connaissent,

pour basiquement “exploser du carburant de manière contrôlée”.

Ceci convertit de l’énergie chimique

en énergie cinétique.

Les gaz d’échappement sont dirigés vers le bas

et poussent la fusée loin du sol.

En dépensant beaucoup d’énergie,

nous augmentons notre énergie potentielle de gravitation,

qui est une façon compliquée de dire que nous remboursons notre dette d’énergie à la gravité.

C’est toutefois beaucoup plus délicat que ça en a l’air :

Quand vous brûlez du carburant pour aller sur orbite,

vous perdez beaucoup d’énergie en chaleur,

dans le panache, en frottements de l’air,

vous en avez donc besoin de beaucoup plus !

De plus, il ne s’agit pas simplement d’empiler beaucoup de carburant

explosif (et dangereux) sous votre cargaison, et d’abaisser le levier.

Vous avez besoin d’une poussée contrôlée,

ce qui est compliqué

et alourdit énormément votre fusée.

Ce qui veut dire qu’elle a plus de masse.

Le plus de masse elle possède, le plus d’énergie est nécessaire pour la convaincre de bouger.

Vous avez donc besoin de plus de carburant.

Mais avec plus de carburant, il faut une plus grosse fusée pour transporter ce carburant.

Ça rend votre fusée encore plus lourde !

Vous avez donc besoin de plus de carburant,

ce qui nécessite une plus grosse fusée pour transporter ce carburant en plus…

…et ainsi de suite.

À la fin de ce délire,

il faut faire décoller environ 100 fois le poids de votre cargaison !

Ariane 6, par exemple (la fusée européenne),

pèsera plus de 800 tonnes,

et devrait pouvoir transporter 10 tonnes jusqu’à une orbite de transfert géostationnaire,

ou 20 tonnes sur orbite terrestre moyenne.

Mais une fusée a une poussée limitée.

Il y a donc un poids maximum après lequel elle ne décollera simplement pas.

Si vous ajoutez trop de poids, elle ne décollera pas.

Impossible donc de construire des fusées toujours plus grosses.

Ceci est la tyrannie de l’équation des fusées,

et veut dire que les vols spatiaux ne seront jamais simples.

Ce n’est pas fini !

Il ne suffit pas d’aller jusque dans l’espace,

vous êtes toujours dans la prison de gravité, aux frontières de l’espace,

vous finirez par retomber sur Terre.

Rester dans l’espace est bien plus dur que s’y rendre.

Pour rester à la même altitude sur une durée prolongée,

une fusée doit atteindre l’Orbite Terrestre Basse. (Low Earth Orbit)

Pour faire cela, vous avez besoin de BEAUCOUP d’énergie cinétique.

Ce qui veut dire : aller très vite.

À environ 100 km d’altitude,

cela représente 8 km/s.

28 000 km/h.

Suffisamment rapide pour faire le tour de la Terre en 90 minutes.

Mais on peut ruser :

Au lieu de voler droit vers le haut,

on peut accélérer horizontalement.

La Terre est une sphère.

Si vous filez horizontalement et suffisamment vite,

même si vous tombez vers la Terre,

le sol se courbe en dessous de vous.

Tant que vous volez au dessus de l’atmosphère (au delà d’environ 100 km d’altitude),

vous pourrez rester en haut, en orbite.

C’est ce que fait la Station Spatiale Internationale :

tomber autour de la Terre,

en dépensant un peu d’énergie de temps en temps pour garder sa vitesse.

En examinant les orbites à l’échelle,

on réalise que l’Orbite Terrestre Basse est ridiculement proche de la Terre.

Déployer des satellites ou visiter d’autres planètes, par exemple,

recquiert un autre versement sur notre dette d’énergie.

Se mettre sur orbite est le plus difficile dans un vol spatial, à l’heure actuelle.

Par exemple, pour envoyer une fusée vers Mars,

la moitié de l’énergie sert juste à se mettre sur orbite,

et l’autre moitié sert aux 55 000 000 km jusqu’à Mars.

Pour être le plus efficace possible, les fusées ne sont pas faites d’un seul bloc :

Au lieu de ça, on utilise des fusées à plusieurs étages.

Pas besoin de trimballer un réservoir vide,

alors les fusées s’en débarrassent.

Les fusées d’aujourd’hui larguent leurs boosters et étages principaux

au fil de leur montée,

et chaque étage est à lui seul une mini-fusée,

avec ses propres moteur et carburant.

D’accord.

C’est donc pour ça que c’est dur d’aller dans l’espace.

Si vous trouvez tout cela compliqué,

pas de panique :

c’est ça, la science derrière les fusées !

Cette vidéo a été en partie rendue possible par nos sponsors, Airbus Safran Launchers,

et Arianespace, qui prépare sa nouvelle fusée Ariane 6 pour la lancer en 2020.

Vous pouvez en savoir plus sur la fusée ici !

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