Les rayons tracteurs ont un sens intuitif. La matière et l’énergie interagissent d’innombrables façons à travers l’Univers. Le magnétisme et la gravité sont deux forces naturelles qui peuvent rapprocher les objets, il y a donc une sorte de précédent.
Mais concevoir un faisceau tracteur réel est quelque chose de différent.
Un rayon tracteur est un appareil qui peut déplacer un objet à distance. L’idée vient d’une histoire de science-fiction de 1931 intitulée SpaceHounds of IPC :
“Il y a
une chose comme un écran à rayons, tu tues la joie, et il y a aussi des ascenseurs ou des tracteurs
rayons – deux choses que j’ai essayé de doper et que tu as donné
moi, le Bronx m’encourage. Les Titaniens ont un rayon tracteur depuis des lustres – il
m’a envoyé de la drogue complète dessus – et les Joviens les ont tous les deux. Nous aurons
’em en trois jours, et il devrait être assez simple de doper le contraire de
un tracteur aussi – un pousseur ou un faisceau presseur.de Spacehounds of IPC par Edward Elmer ‘Doc’ Smith
Si la science-fiction avait quelque chose à dire à ce sujet, les rayons tracteurs seraient déjà monnaie courante, et nous pourrions remercier Star Trek et Star Wars pour leur prolifération.
Mais les faisceaux tracteurs existent déjà, même si leur portée n’est que microscopique.
Les faisceaux tracteurs microscopiques sont utilisés dans des appareils appelés pinces optiques. Les pincettes optiques utilisent des lasers pour déplacer des objets microscopiques comme des atomes et des nanoparticules. Ils sont utilisés en biologie, en nanotechnologie et en médecine.
Ces faisceaux tracteurs fonctionnent sur des objets microscopiques mais ne sont pas assez puissants pour tirer des objets macroscopiques plus gros.
Aujourd’hui, une équipe de chercheurs a réussi à démontrer un faisceau tracteur macroscopique. Ils ont publié l’article expliquant leur travail dans la revue Optics Express. Son titre est « Tirage laser macroscopique basé sur la force de Knudsen dans le gaz raréfié », et l’auteur principal est Lei Wang de l’Université des sciences et technologies de QingDao en Chine.
“Dans des études précédentes, la force de traction de la lumière était trop faible pour tirer un objet macroscopique”, a déclaré Wang. « Avec notre nouvelle approche, la force de traction légère a une amplitude beaucoup plus grande. En fait, c’est plus de trois ordres de grandeur plus grand que la pression lumineuse utilisée pour entraîner une voile solaire, qui utilise l’impulsion des photons pour exercer une petite force de poussée.
Ce faisceau tracteur macroscopique ne fonctionne que dans des conditions de laboratoire particulières, il s’agit donc d’une démonstration et non d’un développement pratique. Au moins pas encore.
Tout d’abord, cela fonctionne sur des choses spécialement conçues: le graphène-SiO macroscopique2 objets composites que les chercheurs ont construits pour les expériences. Deuxièmement, il fonctionne dans un environnement gazeux raréfié, qui a une pression bien inférieure à celle de l’atmosphère terrestre. Bien que cela limite leur efficacité ici sur Terre, tous les mondes n’ont pas autant de pression atmosphérique que notre planète.
“Notre technique fournit une approche de traction sans contact et à longue distance, qui peut être utile pour diverses expériences scientifiques”, a déclaré Wang. “L’environnement de gaz raréfié que nous avons utilisé pour démontrer la technique est similaire à ce que l’on trouve sur Mars. Par conséquent, il pourrait avoir le potentiel de manipuler un jour des véhicules ou des avions sur Mars. »
Leur appareil fonctionne sur le principe du chauffage au gaz. Un laser chauffe les objets composites, mais un côté est plus chaud que l’autre. Les molécules de gaz à l’arrière reçoivent plus d’énergie, ce qui attire l’objet. Combiné avec la pression plus faible dans l’environnement de gaz raréfié, l’objet se déplace.
Les chercheurs ont construit un dispositif de pendule de torsion ou de rotation fabriqué à partir de leur graphène-SiO2 structure composite pour démontrer le phénomène de tirage laser. Cette démonstration l’a rendu visible à l’œil nu. Ils ont utilisé un autre appareil pour mesurer l’effet.
“Nous avons constaté que la force de traction était supérieure de plus de trois ordres de grandeur à la pression lumineuse”, a déclaré Wang. “De plus, le tirage au laser est reproductible et la force peut être réglée en modifiant la puissance du laser.”
D’autres chercheurs se sont attaqués aux faisceaux tracteurs ces dernières années avec des résultats mitigés. La NASA souhaitait poursuivre l’idée d’utiliser des faisceaux tracteurs pour collecter des échantillons avec le rover de surface MSL Curiosity. L’un des instruments de Curiosity est la ChemCam. Il comprend un laser qui vaporise la roche ou le régolithe, puis un micro-imageur pour mesurer ses composants par spectroscopie. Mais la NASA s’est demandé si un faisceau tracteur pouvait attirer de minuscules particules de l’échantillon vaporisé dans le rover pour une étude plus complète.
Une présentation du NIAC de la NASA de 2010 a déclaré : « Si la technologie Tractor Beam était incluse dans une « ChemCam2 » pour attirer la poussière et les particules de plasma, les faisceaux tracteurs pourraient ajouter une suite de capacités scientifiques supplémentaires :
- spectroscopie ionique à désorption laser
- spectrométrie de masse
- Spectroscopie Raman
- Fluorescence X »
La même présentation indiquait que les faisceaux tracteurs pourraient être utilisés pour collecter des particules provenant des queues de comètes, des panaches de glace sur Encelade et même des nuages dans l’atmosphère terrestre ou d’autres atmosphères.
Cela ne s’est jamais matérialisé, mais cela illustre à quel point l’idée est convaincante.
Cette nouvelle recherche a produit des résultats intéressants, bien qu’elle soit loin d’être une véritable mise en œuvre pratique. Il y a beaucoup de travail et d’ingénierie nécessaires avant même d’approcher l’aspect pratique. D’une part, il doit y avoir un fondement théorique bien compris qui décrit comment l’effet fonctionne sur des objets de différentes tailles et formes et avec des lasers de différentes puissances dans différentes atmosphères.
Les chercheurs le savent, bien sûr, mais soulignent qu’il s’agit toujours d’une démonstration efficace de faisabilité.
“Notre travail démontre que la manipulation flexible de la lumière d’un objet macroscopique est réalisable lorsque les interactions entre la lumière, l’objet et le support sont soigneusement contrôlées”, a déclaré Wang. “Cela montre également la complexité des interactions laser-matière et que de nombreux phénomènes sont loin d’être compris à la fois à l’échelle macro et micro.”
La partie critique est que cette étude déplace les faisceaux tracteurs du microscopique au macroscopique. C’est un seuil important difficile à franchir. “Ce travail élargit la portée de l’extraction optique de la micro-échelle à la macro-échelle, ce qui a un grand potentiel dans les manipulations optiques à grande échelle”, écrivent les auteurs dans leur conclusion.
Les engins spatiaux pourraient très bien utiliser des faisceaux tracteurs un jour, mais il est peu probable qu’ils ressemblent à ceux de la science-fiction. Star Wars, Star Trek et Spacehounds of IPC comportent tous des rayons tracteurs dans les combats et les conflits.
Mais en réalité, ils pourraient s’avérer être de précieux outils scientifiques.
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