Sphère de Dyson

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Diagramme d'une coquille de Dyson d'une unité astronomique de rayon

Une sphère de Dyson est une mégastructure hypothétique décrite en 1959 par le physicien Freeman Dyson dans un court article publié dans le journal Science et intitulé « Search for Artificial Stellar Sources of Infra-Red Radiation ». C'est une sphère de matière, artificielle et creuse, autour d'une étoile, conçue pour capturer presque toute l'énergie émise par l'étoile pour une utilisation industrielle.

Bien que Dyson soit reconnu pour avoir été le premier à formaliser et populariser le concept de sphère de Dyson, il eut lui-même l'idée en 1945 d'une nouvelle de science-fiction intitulée Star Maker de Olaf Stapledon. La proposition originale de Dyson n'entrait pas dans les détails de la façon dont une sphère de Dyson pourrait être construite, se concentrant plus sur la problématique fondamentale : comment une civilisation avancée pourrait augmenter sa production d'énergie au maximum possible pour un système planétaire donné. Une telle civilisation serait nommée civilisation de Type II suivant la classification développée par l'astronome Nikolai Kardashev.

[modifier] Propriétés

Une étoile contenue dans une sphère de Dyson ne serait pas directement visible de l'univers extérieur, mais la sphère de Dyson émettrait elle-même une quantité équivalente d'énergie sous forme de lumière infra-rouge à cause de la chaleur de l'étoile. De plus, comme les sphères de Dyson sont composées de matière solide au lieu de gaz chauds, le spectre d'émission de la sphère de Dyson ressemblerait plus au spectre d'un corps noir qu'à celui d'une étoile ordinaire, qui a des propriétés d'absorption introduites dans l'atmosphère stellaire. Dyson a proposé que les astronomes cherchent des « étoiles » géantes présentant des anomalies afin de détecter des civilisations extra-terrestres avancées, mais aucune n'a été enregistrée. Des tentatives de détection de sphères de Dyson utilisant les données de surveillance du ciel de l'IRAS (satellite astronomique infra-rouge) sont en cours.

Cependant, si les créateurs d'une sphère de Dyson voulaient augmenter le gradient de température (et ainsi augmenter l'efficacité du processus de récupération d'énergie), ils pourraient réfléchir la lumière de la surface intérieure de la sphère vers certaines zones de la surface de la sphère. La concentration de lumière serait limitée par la température maximum supportée par les matériaux mis en jeu dans le processus de conversion d'énergie. En conséquence la radiation en direction du monde extérieur ne serait pas omnidirectionnelle, donc les sphères de Dyson pourraient bien être invisibles.

[modifier] Variétés

Il y a plusieurs variétés de sphères de Dyson.

[modifier] Essaim

La plus réaliste de toutes, et la plus proche de la conception originale de Dyson est l'"essaim de Dyson". Elle consiste en un grand nombre de collecteurs solaires indépendants en orbite en une formation dense autour de l'étoile. Les collecteurs solaires peuvent varier en taille et en forme, et comprendre des habitations spatiales pour y faire vivre des créatures biologiques, mais en groupe elles intercepteraient collectivement presque toute l'énergie lumineuse de l'étoile. Plusieurs types d'orbitation ont été proposés pour les collecteurs, chacun avec différents avantages et inconvénients. Quel que soit le type choisi, certains collecteurs solaires passent une partie de leur orbite à l'ombre d'autres collecteurs solaires, réduisant ainsi l'efficacité de la sphère. Comme les collecteurs opèrent indépendamment les uns des autres, un essaim de Dyson peut être construit de manière incrémentale sur une longue période de temps et fournir de l'énergie utile pendant ce temps.

[modifier] Coquille

Un second type de sphère de Dyson est une coquille uniforme solide autour de l'étoile, parfois appelée une « coquille de Dyson », souvent avec une couche d'atmosphère et de sol sur la surface intérieure afin de fournir un espace pour la vie de formes de vie organiques. Cette forme de sphère de Dyson est beaucoup plus populaire dans la science-fiction, mais n'est pas physiquement réalisable pour de nombreuses raisons. Une d'elle est la force immense qui serait nécessaire pour une structure aussi énorme.

Une autre est le fait que la force gravitationnelle exercée par une sphère creuse uniforme vers son intérieur est nulle ; il n'y aurait rien pour retenir l'atmosphère à la surface de la sphère et elle tomberait vers l'étoile.

La sphère pourrait être mise en rotation pour produire une pseudo-gravité centrifuge autour de son équateur, mais les conditions de force structurelle pour les matériaux de la coquille deviennent encore plus importantes dans ce cas. Une autre possibilité serait de mettre l'atmosphère du côté extérieur de la sphère, qui bien que non éclairé par l'étoile intérieure, aurait une gravité. L'énergie fournie par la sphère de Dyson ainsi créée pourrait potentiellement être utilisée pour remédier au problème d'éclairage ou de chaleur que pose cette dernière configuration.

[modifier] Bulle

Un troisième type de sphère de Dyson appelée « bulle de Dyson » est parfois considérée, composée de statites (mot-valise de statique et satellite) qui flotteraient immobiles par rapport au soleil englobé en utilisant la pression de la lumière ; cette forme de sphère de Dyson requiert une masse si faible qu'elle pourrait être construite à partir de la matière contenue dans un petit satellite ou dans un grand astéroïde. Cependant, une bulle de Dyson a peu d'applications pratiques (récolter de l'énergie serait difficile de par sa faible masse et sa dépendance en une haute réflectivité), ainsi il en est rarement question.

[modifier] Autres types

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[modifier] Les sphères de Dyson dans la fiction

Omale de Laurent Genefort est un monde créé sur le modèle d'une sphère de Dyson.
Le livre "Les vaisseaux du Temps" de Stephen Baxter (suite de "La machine à remonter le temps" d'H.G. Wells).
La série Star Trek: The Next Generation donne une bonne description d'une sphère de Dyson dans un épisode intitulé Reliques.
Même si ce n'est pas une sphère, voir L'Anneau-Monde de Larry Niven qui fait référence à la Sphère de Dyson.
Le jeu de rôle Larmes de rouille de Nicolas Davoust dont le décor est une sphère de Dyson (Rouille) placée autour d'une étoile double.
Le principe de la sphère de Dyson a ensuite été repris de manière originale dans des jeux-vidéos, tels que Freelancer
Le jeu de figurines futuristes AT-43 reprend l'idée pour les planètes industrielles de sa faction extra-terrestre. Elles seraient construite autour d'étoiles blanches naines.
Dans le jeu vidéo Freelancer, le joueur est confronté à une civilisation secrète qui tire son énergie d'une sphère de Dyson.
Dans le jeu vidéo Prey le joueur se retrouve au milieu d'un immense vaisseau planète qui est une sphère de Dyson.
Dans l'univers Halo, les Forerunners ont construit une sphère de Dyson pour se protéger.
Le roman Spin (2007), de Robert Charles Wilson, traite des sphères de Dyson en tant qu'amas de collecteurs formant un réseau intelligent qui recouvre des planètes en fin de vie d'une membrane protectrice.