Sphère de Dyson

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Schéma d’une coquille de Dyson d’une unité astronomique de rayon.

Une sphère de Dyson est une mégastructure hypothétique décrite en 1960 par le physicien et mathématicien américano-britannique éponyme Freeman Dyson, dans un court article publié dans la revue Science et intitulé Modèle:Langue (« Recherche de sources stellaires artificielles de rayonnements infrarouges »). Cette structure d'astro-ingénierie consiste en une sphère de matière, artificielle et creuse, située autour d'une étoile et conçue pour en capturer presque toute l’énergie émise pour une utilisation industrielle. Dyson nomme également cette structure Modèle:Citation.

Bien que Dyson ait été le premier à formaliser et populariser ce concept, auquel son nom reste attaché pour cette raison, l'idée lui en est venue en 1945 après la lecture du roman de science-fiction Star Maker d'Olaf Stapledon paru huit ans plus tôt<ref>Dyson a écrit à ce propos : « Certains écrivains de science-fiction m'ont à tort attribué l'invention de la biosphère artificielle. En fait, c’est une idée que j’ai empruntée à l'un des leurs, Olaf Stapledon. [...] J'ai trouvé ce passage dans un exemplaire de Star Maker [Créateur d'étoiles], acheté à Paddington Station à Londres, en 1945. » Voir Freeman J. Dyson, Les Dérangeurs de l'Univers, traduit de l'américain par Odile Laversanne, préface d'Hubert Reeves, Payot, Paris, 1986, p.248.</ref>. Dyson a également été influencé par la sphère imaginée par le Britannique John Desmond Bernal en 1929. Dans son article, Dyson explique qu'une telle sphère est un moyen idéal pour une civilisation très avancée de faire face à un accroissement démographique exponentiel. Il la décrit comme une coquille enserrant son étoile parente, captant la quasi-intégralité de sa radiation stellaire. Dyson explique que de telles sphères pourraient aussi abriter des structures d'habitations. Enfin, il recommande d'observer la galaxie dans l'infrarouge afin de détecter de possibles sphères dans notre galaxie.

Dyson, mais aussi d'autres auteurs après lui, ont décrit les propriétés de cette sphère, aussi bien concernant sa composition, sa température, sa localisation au sein de son système solaire, que sa capacité de déplacement. L'idée qu'une civilisation extraterrestre avancée puisse pallier ses problèmes énergétiques au moyen d'une biosphère artificielle est une solution possible au paradoxe de Fermi, problème auquel Dyson a tenté de répondre en précisant les conditions d'observation. Plusieurs variétés de sphères de Dyson sont conceptualisées : en coquille, essaim ou encore bulle. Le modèle élaboré par Dyson a influencé nombre de mégastructures hypothétiques.

Plusieurs programmes de recherche de possibles sphères de Dyson ont été menés depuis 1985. Si des étoiles ont pu afficher des caractéristiques proches de celles attendues concernant ces mégastructures spatiales, aucune conclusion n'a pu être tirée concernant l'existence probante de tels objets artificiels. En revanche, la science-fiction a beaucoup utilisé l'idée de Dyson, que ce soit en littérature, au cinéma, dans les jeux vidéo, ainsi qu'à la télévision.

Genèse

Stapledon et Kardashev

Freeman J. Dyson a eu l'idée des « biosphères artificielles » en lisant le roman de science-fiction Modèle:Langue (Créateur d'étoiles, 1937) d'Olaf Stapledon, qui décrit des « pièges à lumière » (Modèle:Langue) : des mégastructures produites par une civilisation très avancée technologiquement. Dans Créateur d'étoiles, des centaines de milliers de mondes ont construit des structures habitables concentriques enserrant leurs étoiles, captant ainsi la majeure partie de leurs radiations solaires, pour leurs besoins énergétiques. Les anneaux extérieurs, plus éloignés du soleil, se composent quant à eux de globes abritant la vie<ref name="The Encyclopedia of science"/>. John Desmond Bernal a cependant été le premier, dès 1929, dans son ouvrage Modèle:Langue, à penser un habitat spatial consistant en une coquille creuse de Modèle:Unité de diamètre, avec une population de 20 000 à 30 000 personnes et remplie d'air. Les autres modèles qui ont suivi (le Modèle:Langue, le tore de Stanford et le cylindre O'Neill) ont, à l'image de l'idée initiale de Bernal, imaginé une mégastructure produisant elle-même son énergie solaire<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Lien web.</ref>. L'écrivain de science-fiction Raymond Z. Gallun imagine quant à lui, dans Modèle:Langue (1938) puis dans Modèle:Langue (1941), comment l'humanité pourrait démanteler des planètes entières pour fabriquer des anneaux dans lesquels les terriens vivraient, en orbite autour du soleil. Revenant sur ces écrits, Gallun se considère comme l'un des précurseurs de la théorie de Dyson<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>.

Dyson a également connaissance des travaux de l’astronome russe Nikolaï Kardashev, qui a établi une classification des civilisations extraterrestres, selon l'usage qu'elles font de l'énergie disponible dans leurs environnements<ref>Modèle:Article.</ref>. Une civilisation de type Modèle:Rom-maj est capable d'utiliser toute l'énergie disponible sur sa planète d'origine (approximativement une puissance de Modèle:Unité, soit l'équivalent de cent millions de réacteurs nucléaires comme l'EPR). Une civilisation de type Modèle:II doit s'avérer capable de collecter toute l'énergie de son étoile centrale soit une puissance valant à peu près Modèle:Nb. Une sphère de Dyson appartient donc au type Modèle:II<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Enfin, une civilisation de type Modèle:III a à sa disposition toute l'énergie émise par la galaxie dans laquelle elle est située, soit près de Modèle:Nb. S'appuyant sur cette échelle<ref>Qu'on comparera utilement à celle-ci ou à celle-là.</ref>, Dyson a calculé qu'une société avec 1 % de croissance économique annuelle peut atteindre le type Modèle:II en 2 500 ans, c'est-à-dire qu'elle est susceptible de puiser directement, et intégralement, son énergie de son étoile<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

Modèle:Langue (1960)

Fichier:Freeman dyson.jpg

Le physicien et mathématicien Freeman J. Dyson en 2007.

Freeman J. Dyson, mathématicien et physicien travaillant à l'Modèle:Langue de Princeton, propose l'hypothèse des mégastructures sphériques dans un court article, publié dans Science, et intitulé Modèle:Langue (« Recherche de sources stellaires artificielles de rayonnements infrarouges »), le Modèle:Date-. Il part du postulat que des civilisations extraterrestres ont une avance technologique sur l'humanité : Modèle:Citation Dyson postule ensuite que ces civilisations extraterrestres possèdent un système solaire semblable au nôtre : Modèle:Citation

Or, une civilisation extraterrestre à la conquête de son système solaire, et assez avancée technologiquement, a besoin d'une double alimentation : en matière et en énergie. Dyson rappelle que celle de l'espèce humaine est actuellement (en 1960) de l'ordre de Modèle:Nb<ref>Dyson s'exprime à l'époque en utilisant les unités du système CGS ; il s'agit, puisque 1 erg = Modèle:Nb, d'une puissance de Modèle:Nb.</ref>. Cependant : Modèle:Citation Dyson évoque donc deux solutions accessibles à une civilisation hautement avancée, au sein de son système solaire : son étoile (le Soleil dans le cas de la Terre) pour l'énergie et sa géante gazeuse (Jupiter le cas échéant) pour la matière. La masse de la géante gazeuse, une fois manipulée à cette fin, permettrait de créer une mégastructure apte à capter l'énergie de l'étoile. Toutefois, la manipulation technologique permettant d'utiliser cette source nécessite elle-même de l'énergie. Dyson imagine en effet de Modèle:Citation, et estime cette opération à environ Modèle:Nb, c'est-à-dire à une quantité d'énergie égale à celle radiée par le Soleil en 800 ans. Modèle:Citation

Le physicien revient sur la nécessité civilisationnelle de cette mégastructure, expliquant comment l'accroissement démographique a pu motiver la construction d'une biosphère artificielle : Modèle:Citation Dyson conclut son article sur la possibilité, étant donné son exposé, d'observer le ciel en ne se limitant plus aux étoiles visibles, mais en étendant l'investigation aux sources d'émissions infrarouges (ce qu'il nomme les Modèle:Citation). En effet : Modèle:Citation<ref name="Ćirković21">Modèle:Harvsp.</ref> Les candidates à cette observation dans l'infrarouge sont donc susceptibles d'être les Modèle:Citation

Réception et débats

Fichier:Debris Disk Around Vega.jpg

Les sources infrarouges de longueur d'onde d'environ Modèle:Unité seraient des candidates possibles pour la recherche de sphères de Dyson (ici, l'étoile Véga observée par Spitzer).

L'article de Dyson ouvre une série de débats. Un résumé de l'article, intitulé Modèle:Langue paraît dans Modèle:Langue le Modèle:Date-. Le Modèle:Date-, un débat est lancé dans la rubrique Modèle:Langue de la revue Science. L'écrivain et critique scientifique britannique John Maddox, du Modèle:Langue, réagit le premier à l'hypothèse de Dyson. Ce dernier considère la suggestion de Dyson comme peu réaliste, car la structure de la sphère ne respecte pas les lois mécaniques. Maddox pense qu'Modèle:Citation. De plus, l'hypothèse de Dyson ne peut aboutir à réaliser une coque rigide capable de résister aux forces de cisaillement et à celles qui auraient tendance à déplacer l'ensemble vers le plan équatorial, déformant ainsi l'ouvrage. Maddox critique également le fait qu'une telle structure puisse atteindre une dimension d'une unité astronomique de rayon. L'écrivain scientifique considère que des êtres réellement intelligents et avancés auraient plutôt opté pour une structure en tore, couchée dans un plan perpendiculaire à l'axe de sa propre rotation, et ce même si cette configuration ne capterait qu'une infime partie de la radiation solaire par rapport au modèle de Dyson. Enfin, il ne comprend pas le lien entre la pression démographique future et la nécessité de créer des biosphères artificielles<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

À la suite de Maddox, l'écrivain de science-fiction américain Poul Anderson, en passionné de spéculation futuriste, se doit cependant de préciser certains points de l'hypothèse initiale de Dyson. Selon lui, les contraintes mécaniques rendent impossibles une telle structure. Par ailleurs, l'apport énergétique nécessaire à sa fabrication, estimée à Modèle:Unité par Dyson, ne pourrait être tenu en raison de l'accroissement démographique sur cette longue période de temps. Il est aussi impossible de se représenter une civilisation capable de Modèle:Citation Anderson renverse même l'argumentation de Dyson : une croissance démographique importante ne permettrait pas la stabilité politique nécessaire à la construction d'une biosphère artificielle<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Toujours dans la même rubrique, l'ingénieur en aéronautique Eugene Sloane trouve quant à lui que l'idée de Dyson est Modèle:Citation. Il se demande ensuite pourquoi, si de telles civilisations avancées existent, aucune n'a pu entrer en contact avec l'humanité<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

Freeman J. Dyson répond ensuite aux trois précédents intervenants. Premièrement, à l'argument selon lequel une biosphère artificielle ne pourrait résister aux efforts mécaniques, il concède qu'Modèle:Citation Il continue : Modèle:Citation À la question de l'accroissement démographique, Dyson répond que les conclusions obtenues sont une Modèle:Citation. Il se contente de répondre qu'une telle augmentation ne saurait être planifiée ou imposée par un État policier ou dictatorial. Il reconnaît toutefois que ce sont des vues anthropomorphiques. Enfin, il note que la découverte de sources infrarouges typiques ne saurait prouver la vie extraterrestre<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Plusieurs auteurs et scientifiques réagissent par la suite à l'hypothèse de Dyson. Carl Sagan et Russell G. Walker, dans Modèle:Langue (1966) qualifient l'article de Dyson de très Modèle:Citation. Ils voient dans ses sphères un projet capable de mettre fin aux problèmes d'alimentation en énergie et de surpopulation<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

En septembre 2021, l’astrophysicien taïwanais Tiger Yu-Yang Hsiao, proposait dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, un dispositif similaire à celui imaginé par Dyson adapté à un trou noir. D’après ses calculs, envelopper un tel astre d’une dizaine de kilomètres de diamètre avec des capteurs à photons permettrait de récolter une énergie équivalente à une dizaine de milliers de soleils<ref>Modèle:Article</ref>.

Influence sur d'autres mégastructures hypothétiques

Fichier:Internal view of the O'Neill cylinder.jpg

Une vue possible depuis l'intérieur viable d'une autre mégastructure, le cylindre O'Neill.

L'idée de Dyson a ouvert la voie à d'autres hypothèses quant à l'existence de mégastructures, construites par des civilisations extraterrestres. Le mathématicien lui-même, en 2003, dans son article Modèle:Langue, a proposé la possibilité qu'une civilisation utilise des formes de vie dispersées dans l'espace, qu'il se représente comme des tournesols (Modèle:Langue), pour collecter l'énergie des étoiles distantes<ref name="Arnold"/>.

Le pionnier de l’intelligence artificielle Marvin Minsky, à la suite du discours qu'a donné Dyson durant le congrès de Byurakan en 1971, suggère que des ordinateurs évolués pourraient tirer profit de la température du fond de rayonnement cosmique micro-onde pour dissiper leur chaleur<ref>Modèle:Chapitre</ref>^,<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Ces projets, qui peuvent être appelés d'astro-ingénierie, mégaprojets ou encore macroprojets spatiaux, incluent aussi l'idée des « cerveaux de Jupiter » (Modèle:Langue) élaborée par Anders Sandberg en 1999<ref name="Sandberg">Modèle:Article.</ref>, suivie par celle de Robert J. Bradbury, en 2001, avec les « cerveaux de Matriochka » (Modèle:Langue)<ref>Modèle:Harvsp.</ref>^,<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Il s'agit d'utiliser la masse et l'énergie de Jupiter, ou de tout autre astre, pour générer une puissance de calcul phénoménale, permettant ainsi, par exemple, de produire une réalité simulée. Nick Szabo a imaginé des sphères de Dyson immergées au sein de leurs étoiles parentes. Cette structure pourrait capter directement l'énergie thermonucléaire à sa source<ref name="Sandberg"/>. Paul Birch, dans Modèle:Langue (1992), a développé l'idée d'enserrer la planète Jupiter dans une coquille rigide. La surface serait habitable (la gravitation y serait optimale pour l'homme) alors que l'énergie proviendrait du noyau de la planète. Dandridge MacFarlan Cole a imaginé quant à lui en 1963 d'utiliser un astéroïde pour établir une colonie spatiale. Il s'agirait de le creuser et de recueillir la lumière solaire au moyen de miroirs. Ces « Modèle:Langue » pourraient être utilisés pour explorer la galaxie. A. C. Charani pense qu'il est envisageable de créer une sphère de Dyson miniature, autour d'un astéroïde, ce qui permettrait de le stabiliser et de lui adjoindre une atmosphère viable<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Pour démanteler une planète comme Jupiter, le professeur russe G. Pokrovskii suggère de construire un patron en forme de cuvette et constitué d'une série de ceintures, chacune tournant à sa propre vitesse<ref>Modèle:Article.</ref>.

Propriétés

Conception

La sphère de Dyson requiert une masse importante de matière. La solution la plus plausible serait d'utiliser, soit celle de Jupiter, soit celle, pour une structure plus réduite, de la Terre. Dans ce dernier cas, Dyson imagine le moyen de désassembler la planète bleue en utilisant des enroulements métalliques et en produisant un champ toroïdal courant horizontalement suivant les latitudes. La Terre deviendrait ensuite l'armature d'un gigantesque moteur électrique qui exercerait une contrainte intense sur sa surface équivalent à Modèle:Unité. L'accélération angulaire serait de Modèle:Unité. Près de 2 500 ans suffiraient à démanteler la masse terrestre, à raison d'une demande énergétique de Modèle:Unité soit Modèle:Unité fois la puissance totale fournie par le Soleil<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Pour Martin Beech, la sphère de Dyson est l'un des principaux moyens d'astro-ingénierie, mais sa conception requiert un niveau technologique si avancé qu'il ne peut faire suite qu'à la terraformation de Vénus et de Mars<ref name="Beech"/>.

Localisation

Les sphères hypothétiques imaginées par Freeman J. Dyson seraient situées au sein des écosphères, ou zones d'habitabilité continuelles (Modèle:Langue, CHZ) de la galaxie. Au sein d'un système solaire, la structure serait située à une distance d'environ une unité astronomique (AU) de son étoile parente<ref name="Angelo">« Modèle:Langue », in Modèle:Ouvrage.</ref>, soit approximativement à une distance similaire à celle de l'orbite de la Terre<ref name="Ćirković21"/>. Cette orbite idéale est également celle favorable à l'état liquide de l'eau<ref name="Carrigan2077"/>.

Structure

Fichier:Jupiter.jpg

La planète Jupiter pourrait servir de matière première pour la construction d'une sphère de Dyson

Si Dyson a pensé à une structure sphérique d'une épaisseur de 2 à Modèle:Unité seulement, soit une masse de Modèle:Unité, d'autres auteurs ont imaginé des conceptions différentes. C.N. Tilgner et I. Heinrichsen évoquent la possibilité d'une forme annulaire<ref name="Tilgner,607">Modèle:Harvsp.</ref>. La masse de cette structure serait donc similaire à celle de Jupiter, soit Modèle:Unité<ref name="Angelo"/>. En comparaison, la masse de la Terre vaut environ Modèle:Unité. Richard A. Carrigan considère en conséquence qu'il faut entre 3 000 et 4 000 années pour créer une pareille structure (en partant du principe que le taux d'accroissement démographique est de 1 % par an)<ref name="Carrigan12">Modèle:Harvsp.</ref>. Le coût énergétique pour bâtir une telle structure est équivalent à Modèle:Unité de radiation solaire selon Carrigan. Cette réalité fait que la construction d'une sphère de Dyson est initialement lente, en raison de la faible énergie disponible. Son édification augmenterait au fur et à mesure de sa capacité à capter toujours plus de radiation solaire, de manière exponentielle donc. Dans pareil cas, le délai total pour édifier cette mégastructure s'évaluerait à environ Modèle:Unité<ref name="Carrigan,2085"/>.

Afin de produire la gravité artificielle suffisante, la sphère doit être en rotation autour de son étoile parente. Mais le taux de rotation induit une contrainte mécanique énorme, la déformant en un sphéroïde oblong. Ainsi, et même si l'intégrité de la sphère n'était pas compromise, seules les régions proches de son équateur devraient être habitables. Sur ce point, l'idée de Dyson a été critiquée. Papagiannis (1985) a démontré par le calcul qu'une coquille sphérique rigide ne peut être construite, compte tenu de la force gravitationnelle, de la pression des rayonnements solaires et des effets centripètes. Suivant ce raisonnement, Papagiannis considère que seul 1 % de la lumière émise par l'étoile parente pourrait être captée<ref>Modèle:Chapitre.</ref>^,<ref name="Carrigan2086">Modèle:Harvsp.</ref>. Une sphère de type Modèle:II serait par ailleurs instable car la moindre collision, avec un astéroïde ou une comète par exemple, causerait une dérive de la structure et, même, un effondrement sur son soleil<ref name="The Encyclopedia of science">{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Lien web.</ref>. L'instabilité d'une sphère de Dyson, le fait qu'elle dériverait très certainement par rapport à son orbite idéale, constitue une autre critique de l'hypothèse de Dyson<ref name="Carrigan2086"/>^,<ref name="Carrigan12"/>.

Température

Une étoile contenue dans une sphère de Dyson ne serait pas directement visible de l’univers extérieur, mais la sphère émettrait par elle-même une quantité équivalente d’énergie sous forme de lumière infrarouge à cause de la transformation du rayonnement de l’étoile en chaleur ; c'est donc une source observable de Modèle:Citation selon l'expression du mathématicien. Jun Jugaku estime que même si un centième de l'énergie de son soleil est utilisée par la sphère, et si cette dernière est maintenue à une température de Modèle:Unité, alors elle devrait être facilement détectable puisque sa magnitude atteindrait de fait Modèle:Unité et être observable par photométrie infrarouge<ref name="Jugaku"/>. De plus, comme les sphères de Dyson seraient composées de matière solide au lieu de gaz chauds, le spectre d’émission de celles-ci 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 extraterrestres avancées, mais les résultats sont encore sujets à caution<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Selon Viorel Badescu, la température ambiante de la sphère doit être proche de celle du corps humain. Sa conception doit aussi permettre le meilleur rendement possible de production d'électricité. Son rayon doit donc dépendre de la température ambiante recherchée<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

La sphère de Dyson peut être un essaim d'habitats artificiels et de mini planètes capables d'intercepter l'essentiel de l'énergie radiée par l'étoile parente. L'énergie solaire captée (à une unité astronomique, elle équivaut à Modèle:Unité<ref name="Beech"/>) peut être directement convertie par divers procédés tels que : serres, chauffage, cellules photovoltaïques, entre autres procédés. En vertu de la seconde loi de la thermodynamique, l'excédent d'énergie doit être rejeté dans l'espace alentour ; la température de la sphère devrait donc atteindre en surface 200 à Modèle:Unité. En vertu du principe de médiocrité, l'exemple du système solaire doit être pris comme le seul référent théorique<ref name="Angelo"/>. L'utilisation efficace de l'énergie de l'étoile serait donc accomplie et le signe visible tient dans le fait que la température de la sphère est beaucoup plus faible que la température effective de son étoile. L'efficacité thermodynamique (notée « Modèle:Grec ancien ») de la sphère (notée « DS ») par rapport à la température (« T ») se formule ainsi : <math>\eta = 1 - \frac{T(DS)}{T(\mathrm{\acute e toile})}</math>. La sphère de Dyson doit donc absorber le maximum de la radiation solaire dans le visible et émettre dans la longueur d'onde infrarouge la plus élevée du spectre<ref name="Slysh,315">Modèle:Harvsp.</ref>.

Déplacement

Fichier:Bernal Sphere 2.jpeg

Une sphère de Bernal

Dans son article de 1966, Dyson a évoqué la possibilité que la biosphère artificielle puisse se déplacer, et, ainsi, permettre à la civilisation la contrôlant de voyager d'un système solaire à un autre. La sphère permettrait ainsi de puiser l'énergie nécessaire à une migration interstellaire. Un déplacement à une vitesse de l'ordre de Modèle:Unité n'utiliserait que 40 % de la radiation solaire captée. Le carburant proviendrait de la masse de Jupiter, embarquée au sein de la sphère, masse qui permettrait de naviguer ainsi pendant un million d'années. Une civilisation si avancée atteindrait une étoile en cent mille ans, étant donné qu'en moyenne il y a une étoile toutes les trois années-lumière. L'étoile embarquée entrerait alors en interaction avec l'étoile visitée, créant une nouvelle poussée permettant de continuer le voyage<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

Viorel Badescu et Richard Brook Cathcart évoquent également la possibilité que la sphère serve de « moteur stellaire » (Modèle:Langue)<ref>Modèle:Article.</ref>^,<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Il a été également envisagé un déplacement au moyen de voiles solaires<ref name="Carrigan2086"/>.

Solution au paradoxe de Fermi

Modèle:Article connexe

Le paradoxe de Fermi est un questionnement quant à l'absence de signes d'une civilisation extraterrestre, alors même que l'univers est ancien et que le nombre de mondes abritant l'intelligence devrait donc être élevé. Plusieurs solutions ont tenté d'expliquer ce paradoxe, ce « grand silence ». Au moyen de son hypothèse de biosphères artificielles, Dyson pense qu'une civilisation de [[Échelle de Kardashev#Catégories définies par Kardashev|type Modèle:II]] n'aurait aucun besoin de quitter son étoile d'origine. Grâce à une sphère de Dyson enserrant son soleil, elle pourrait en capter toute l'énergie nécessaire, sans avoir à explorer la galaxie. Les extraterrestres pourraient tout aussi bien rester chez eux pour des raisons philosophiques, ou parce qu'ils auraient développé un puissant environnement virtuel dans lequel ils vivraient totalement<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

Dans un article de 1966, intitulé Modèle:Langue, Dyson considère que la meilleure preuve d'une activité extraterrestre passe par la recherche de signes technologiques, et non par celle des signaux intelligents : Modèle:Citation explique-t-il. Or, en raison de l'immensité de l'espace, Modèle:Citation. Selon Dyson, trois règles en la matière sont à prendre en compte. Premièrement, on doit établir les caractéristiques des plus grandes activités artificielles imaginables. Cette technologie doit être recherchée au sein du cadre des lois physiques, sans tenir compte des motivations sociétales et culturelles. Secondement, on ne doit envisager une technologie qu'à partir de ce que l'on connaît sur Terre des possibilités technologiques. Enfin, il faut ignorer la problématique du coût économique. Ce dernier ne s'envisage en effet que sur de courtes échelles de temps. En effet, si l'on part du principe qu'une croissance économique extraterrestre serait semblable à la nôtre, et donc, progresserait d'au moins 1 % par an, ces problèmes seraient résolus dans une échelle de temps de l'ordre du millier d'années, ce qui est négligeable à l'échelle des temps astronomiques. En considérant la démographie et l'économie, la croissance démographique est, par voie de conséquence, hors de contrôle pour des civilisations supérieures à la nôtre<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Dans un article de 1979, « Modèle:Langue », Dyson calcule que, au sein d'un univers ouvert, la communication interstellaire entre civilisations peut continuer pour toujours, même après la disparition des astres produisant de l'énergie<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

La recherche de civilisations extraterrestres utilise principalement l'outil statistique dit « équation de Drake », élaborée par le scientifique du même nom en 1961. Richard A. Carrigan propose de la préciser en ajoutant la probabilité d'existence de sphères de Dyson, qu'il formule ainsi : <math>N_{Dy} = f\frac{L_{Dy}}{L_{c}}</math>, — « N_Dy » étant la fraction de biosphères artificielles dans la galaxie alors que L_Dy est la durée de vie moyenne d'une sphère de Dyson ; « L_c » est la durée de vie moyenne d'une étoile. Carrigan précise que cette durée de vie peut être plus longue que celle d'une civilisation<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

Variétés

Après la publication de l'article de Dyson, plusieurs réactions ont suivi, dans Science, pointant le fait qu'une structure sphérique de cette taille engendrerait des problèmes mécaniques énormes. Dyson a répondu qu'il envisagerait surtout une collection lâche de plus de cent mille objets voyageant sur des orbites indépendantes dans une coquille d'environ un million de kilomètres d'épaisseur. Cet arrangement peut être considéré comme la sphère de Dyson de type Modèle:II alors que l'hypothèse d'une coquille solide serait plutôt le type Modèle:Rom-maj<ref name="The Encyclopedia of science"/>. Pour Richard A. Carrigan, une sphère de Dyson partielle (comme un anneau) serait un objet plus pratique à fabriquer qu'une sphère complète, comme celle pensée initialement par le mathématicien<ref name="Carrigan,2085"/>. Il existe également une hypothèse sous forme de bulle.

Coquille

Fichier:Dyson rings.PNG

Une coquille de Dyson.

L'idée initiale de Dyson (nommée « type Modèle:Rom-maj » dans la littérature scientifique) est celle d'une coquille (Modèle:Langue), rigide et de faible épaisseur, enserrant une étoile. Pour Richard A. Carrigan, cette structure s'assimile à un planétoïde<ref name="Carrigan415">Modèle:Harvsp.</ref>. Il s'agit donc d'une coquille uniforme solide autour de l’étoile, composée d'un revêtement intégral situé à une distance de l'étoile adaptée à la résistance du matériau. On la présente aussi souvent avec une couche atmosphérique et un sol sur la surface intérieure afin de fournir un environnement pour des formes de vie organiques. Il existe une version alternative et qui consiste en une série de coquilles incurvées dont chacune ne bloque qu'une partie du rayonnement solaire, ce qui permet d'en laisser une partie atteindre les planètes du système solaire. Cette solution permet de sauvegarder la biosphère terrestre<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>.

Essaim

Fichier:Dyson Swarm.png

Un essaim de Dyson.

En réponse à une critique visant la stabilité et la résistance mécanique de ses sphères initiales, décrites dans son article de 1960, Dyson précise les caractéristiques de cette structure en essaim (Modèle:Langue) dans son article de 1966. Permettant d'éviter les collisions et aptes à conserver une orbite stable autour de son étoile, l'« essaim de Dyson » est composé d'un nombre d'objets défini par la formule : <math>N = \frac{4\pi R^2}{D^2} = 4\pi \left(\frac{\rho}{T}\right) \left(\frac{GM}{R}\right)=6000</math> (nombre d'objets sur une orbite terrestre basse ou Modèle:Unité objets sur une orbite permettant de capter l'énergie solaire), répartis suivant une figure d'octaèdre. En réalité, les points de la figure complète seraient situés en des lieux spatiaux où la déformation gravitationnelle est la plus faible. L'ensemble forme une coquille sphérique, à la fois rigide et légère, d'une masse d'environ un cent-millième de la masse terrestre. La sphère afficherait donc une densité de surface de Modèle:Nb, ce qui est tout à fait adéquat pour y fixer des réflecteurs solaires et pour supporter un champ de gravité artificielle<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

Richard A. Carrigan distingue la sphère de Dyson pure (intégrale, comme une coquille), de celle partielle, sous forme d'essaim. Cette seconde configuration est plus pratique et moins coûteuse selon lui<ref name="Carrigan2075"/>. Selon Bob Jenkin, la structure en essaim 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’orbites 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 leurs orbites 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<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Lien web.</ref>. Pour M. D. Papagiannis, l'essaim est une hypothèse beaucoup plus réaliste que celle de la coquille, cependant une telle structure ne peut capter que 1 % de la radiation solaire<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. K. G. Suffern compare l'habitabilité de l'essaim de Dyson par rapport à l'idée du cylindre O'Neill<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

Bulle

Fichier:Dyson Bubble.png

Une bulle de Dyson.

Un troisième type de sphère de Dyson, appelé « bulle de Dyson », est parfois considéré. 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 structure 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 de ce type a peu d’applications pratiques : récolter de l’énergie serait difficile de par sa faible masse et sa dépendance en une haute réflectivité, aussi en est-il rarement question<ref name="The Encyclopedia of science"/>.

De dimension galactique

Fichier:Spiral galaxies NGC 7319.jpg

Les quasars pourraient être de possibles sphères de Dyson à l'échelle galactique. Ici, une source quasar au sein de la galaxie Modèle:Nobr.

Des auteurs ont proposé des structures de Dyson à l'échelle d'une galaxie. Ce type de mégastructure utiliserait l'énergie totale radiée par les milliards d'étoiles formant la galaxie. Kardashev a proposé le premier l'idée qu'une civilisation dite de type Modèle:III puisse mener des projets d'astro-ingénierie aux dimensions d'une galaxie. Cette hypothèse comprend aussi l'alternative selon laquelle la galaxie pourrait être peuplée de millions de sphères de Dyson individuelles. De telles mégastructures seraient visibles jusqu'à des limites très avancées de l'univers visible. Certains auteurs (Annis, Zwicky), selon Richard A. Carrigan, établissent un rapport entre certains objets cosmologiques exotiques (tels les quasars) et les sphères de Dyson galactiques. Carrigan évoque également la possibilité que les « bulles de Fermi » récemment détectées par le télescope Fermi, sorte de vide dans la lumière visible, aux dimensions considérables, soient des mégastructures permettant de capter l'énergie radiée par les étoiles environnantes. Plusieurs galaxies abriteraient de telles bulles de Fermi, dont, en particulier, Modèle:Nobr, observée par Spitzer en 2008<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

Observations astrophysiques

Domaine d'observation

À la suite de la proposition de Dyson en 1960, de nombreuses recherches ont été effectuées<ref>Modèle:Harvsp.</ref>^,<ref name="Beech">Modèle:Ouvrage.</ref> mais aucune cible, jusqu'à Modèle:Unité, ne s'apparente à une sphère de Dyson. Des observations plus lointaines (10 000 à Modèle:Unité) ont également été infructueuses<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Si les sphères de Dyson existent, alors elles devraient émettre un rayonnement infrarouge semblable à celui d'un corps noir de plusieurs centaines de kelvin. Dès 1966, Carl Sagan et Russel G. Walken préconisent l'observation des émissions infrarouges, dans une bande de 8 à Modèle:Unité<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. En 1984, Michael D. Papagiannis explique qu'il faut rechercher Modèle:Citation, les sphères de Dyson ne pouvant occulter que 1 % de la radiation solaire<ref name="Bradbury,2001">Modèle:Harvsp.</ref>.

Selon C. N. Tilgner et I. Heinrichsen, deux problèmes se posent en ce qui concerne leur observation : la sensibilité du système de détection infrarouge doit être optimale et la confusion avec d'autres objets cosmologiques, tels des nuages de poussière, est possible<ref name="Tilgner,607"/>. Les conditions de détection doivent permettre de repérer un flux de Modèle:Unité d'une longueur d'onde d'environ Modèle:Unité. Tilgner et Heinrichsen pensent pouvoir détecter des sphères de Dyson en étudiant l'excès de diffusion infrarouge de leurs étoiles respectives. La luminosité infrarouge de ces dernières devrait en effet fluctuer de 0,1 % (Modèle:Unité) à 6 % (Modèle:Unité). Selon eux, le satellite ISO et son photomètre Modèle:Nobr est le meilleur outil pour détecter des possibles sphères de Dyson car il observe la bande des 2 à Modèle:Unité<ref name="Tilgner,608">Modèle:Harvsp.</ref>. Selon Carrigan, comme pour Jun Jugaku, le télescope spatial IRAS, et en particulier son spectromètre à basse résolution (LRS), est l'outil idéal pour une telle investigation<ref name="Carrigan2077">Modèle:Harvsp.</ref>. Capable d'observer des sources infrarouges sous les Modèle:Unité, l'IRAS couvre 96 % du ciel<ref name="Carrigan2084"/>. Pour Carrigan, la résolution angulaire du télescope Spitzer est 10 à 20 fois plus efficiente que celle de l'IRAS alors que sa sensibilité est trois fois plus haute. Spitzer et le catalogue Modèle:Nobr (pour : Modèle:Langue) sont les outils d'observation capables de poursuivre la recherche de possibles sphères de Dyson<ref name="Carrigan,2085">Modèle:Harvsp.</ref>.

L'astronome Luc Arnold a montré qu'il serait possible de détecter des structures artificielles autour des étoiles, telles des sphères de Dyson, à l'occasion de recherches d'exoplanètes par la méthode des transits<ref name="Arnold">Modèle:Harvsp.</ref>.

Observations réalisées

Fichier:IRAS overview.jpg

Le télescope spatial travaillant dans l'infrarouge, IRAS

Les observations de V. I. Slysh (1985), utilisant les données infrarouges du télescope spatial IRAS, ont été menées sur 200 000 objets. Plusieurs sources d'émission ont été retenues et analysées mais aucune ne peut être rapprochée avec certitude d'une sphère de Dyson. Les observations ont permis de conclure que de tels objets artificiels peuvent être confondus avec de minces nuages de poussière entourant les géantes rouges<ref name="Slysh,315"/>. Nikolaï Kardachev, M. Y. Timofeev, et V. G. Promyslov ont réalisé en 2000 de nouvelles observations au moyen de la base de données de l'IRAS. Ils n'ont également pu conclure quant à l'existence avérée de mégastructures semblables à celles décrites par Dyson<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

Sur les Modèle:Unité infrarouges détectées<ref name="Carrigan415"/>, trois candidates potentielles au titre de sphère de Dyson (« Modèle:Langue », QDS) ont été détectées dans l’univers connu grâce au télescope spatial IRAS (satellite astronomique infrarouge) et aux travaux de Jun Jugaku, professeur d’astrophysique à l'Université Tōkai, au Japon, en 2003<ref name="Jugaku">Modèle:Harvsp.</ref>^,<ref name="Carrigan2076">Modèle:Harvsp.</ref>. Jugaku et Nishimura ont utilisé le catalogue de Wolley et Modèle:Langue (1970) qui liste 1 744 systèmes solaires. Ils ont ciblé 887 étoiles de types spectraux F, G et K et d'une luminosité de classes IV, V et VI. Ils ont ensuite croisé ces données avec celles de l'Modèle:Langue (1988) et ont mis en évidence 458 étoiles émettant des radiations dans l'infrarouge lointain d'une longueur d'onde de 12 microns (Modèle:Unité). Près de 384 étoiles enfin ont été observées, avec une émission infrarouge supplémentaire ; trois d’entre elles avaient un rayonnement particulièrement important, donc, artificiel selon l’étude. Celle-ci n’a pas été contredite dans ses résultats mais dans son interprétation et le professeur Jugaku lui-même reste réservé sur la nature de ces objets : même s’ils en présentent les caractéristiques, rien ne prouve que ce soient des sphères de Dyson<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Lien web.</ref>.

Richard A. Carrigan parle, en ce qui concerne la recherche d'hypothétiques sphères de Dyson, d'« archéologie interstellaire » (Modèle:Langue)<ref name="Carrigan2075">Modèle:Harvsp.</ref>. Selon lui en effet, de nombreux objets célestes possèdent des signatures infrarouges proches de celles attendues dans le cas d'une sphère de Dyson. Les phases de naissance et de mort des étoiles, les nuages de poussière, les étoiles naissantes (entourées de disques de poussière), certaines régions opaques, les étoiles variables de type Mira, les nébuleuses planétaires et enfin les étoiles de la branche asymptotique des géantes (AGB) peuvent être prises pour des sphères de Dyson. Carrigan cite deux autres objets qui risquent de perturber la recherche de signaux infrarouges hypothétiquement créés par des civilisations extraterrestres : la molécule Si O et les ions hydroxyde (OH⁻) expulsés après la mort d'une étoile, et les étoiles carbonées<ref name="Carrigan2076"/>. Carrigan a utilisé, en 2009, de manière combinée, le spectromètre à basse résolution du télescope spatial IRAS et le catalogue Calgary (qui compile 11 224 sources infrarouges) afin d'investiguer une région de température entre Modèle:Unité et Modèle:Unité<ref name="Carrigan2084"/>. En appliquant plusieurs filtres permettant d'affiner la recherche, Carrigan arrive à isoler 16 sources comme autant de candidates possibles à satisfaire aux propriétés d'une sphère de Dyson<ref name="Carrigan2077"/>. Toutes ces sources retenues se distribuent dans le plan galactique, jamais dans le bulbe. Finalement, trois de ces sources (Modèle:Nobr, Modèle:Nobr, et Modèle:Nobr) ont un profil infrarouge proche de celui attendu. Carrigan conclut qu'on ne peut toutefois être assurés d'observer d'authentiques sphères de Dyson<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Il conseille que le programme SETI, au moyen du Modèle:Langue (ATA), radioécoute ces 16 sources<ref name="Carrigan2084">Modèle:Harvsp.</ref>.

En 2015 et 2016 les étoiles KIC 8462852 et EPIC 204278916 connaissent des variations de luminosité laissant penser à une Sphère de Dyson en construction<ref>Modèle:Lien web</ref>^,<ref>Modèle:Lien web</ref>.

Dans la fiction

Science-fiction

Fichier:Culture's orbital2.jpg

Les récits de science-fiction mettent en scène des mégastructures semblables à celles de Dyson. Ici, un anneau-monde tiré du jeu vidéo Halo.

Dans Les Vaisseaux du temps, de Stephen Baxter, récit venant à la suite de La Machine à remonter le temps d’Modèle:Nobr, le narrateur voyage dans un futur dans lequel les sphères de Dyson sont très répandues<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Ces structures spatiales se retrouvent dans divers récits de science-fiction : dans Le Vagabond (Modèle:Langue) (1964) de Fritz Leiber, dans Modèle:Langue (1997) de Linda Nagata, dans L’Anneau-Monde de Larry Niven mais dont la stabilité est réfutée dans Les Ingénieurs de l'Anneau-Monde, chez Frederik Pohl et Jack Williamson (Modèle:Langue, 1975–1983 et Modèle:Langue, 1983), chez Bob Shaw (Modèle:Langue, 1975–1990), Tony Rothman (Modèle:Langue, 1978), Somtow Sucharitkul (Modèle:Langue, 1982–1985), Timothy Zahn (Modèle:Langue, 1985), James White (Modèle:Langue, 1988), David Brin (Modèle:Langue, 1998), Peter F. Hamilton (L'Étoile de Pandore, 2004), et chez Gregory Benford (Modèle:Langue, 2000). Robert Silverberg dans Modèle:Langue (1969) évoque une sphère de Dyson de type Modèle:II<ref>Modèle:Harvsp</ref>.

Dans la trilogie Forerunner de Greg Bear (2011-2013), la sphère de Dyson est le moyen de sauver l'univers des Floods par le Didacte.

Divers auteurs de science-fiction ont apporté des modifications à la proposition initiale de Dyson. Pour Dan Alderson, une structure en double sphère, consistant en deux coquilles avec une atmosphère régnant entre les deux parties, serait plus adaptée à la vie spatiale. Il propose aussi l'idée d'un disque à la ressemblance d'un vinyle, avec le soleil en son centre et couvrant une distance allant jusqu'aux orbites de Mars ou de Jupiter. Il peut aussi s'agir de sphères concentriques interconnectées, comme dans le cycle de Modèle:Langue (1982–1983) de Colin Kapp et dans Modèle:Langue (1979–1990) de Brian Stableford. Pat Gunkel propose la construction d'une mégastructure nommé « Modèle:Lien », ressemblant à un macaroni, comportant un creux et enserrant le soleil<ref name="The Encyclopedia of science"/>. Omale, de Laurent Genefort, est un monde créé sur le modèle d’une sphère de Dyson. Dans le roman « Le printemps russe » (Modèle:Langue) (1991) de Norman Spinrad, une sphère de Dyson prouve à l’humanité l’existence d’une civilisation extraterrestre très avancée. 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. L'Éveil d'Endymion, dernier opus du « cycle d’Hypérion » de Dan Simmons, décrit une véritable sphère de Dyson ayant surtout une fonction d'habitat. Dans L'Étoile de Pandore (2004), de Peter F. Hamilton, on trouve deux étoiles entourées de sphères de Dyson, qui ont pour fonction d'éviter l'expansion de civilisations extraterrestres belliqueuses. Enfin Flashforward (1999) de Robert J. Sawyer y fait référence<ref name="The Encyclopedia of science"/>. Dans la série de romans « Nous sommes Bob » (2018-2019), de Dennis E. Taylor, une race extraterrestre veut construire une sphère de Dyson autour de son soleil natal<ref>Modèle:Lien web.</ref>.

Cinéma, télévision et jeux vidéo

Dans la série Star Trek : La Nouvelle Génération, l'épisode 4 de la saison 6 (Reliques (Modèle:Langue)) présente une sphère de Dyson<ref name="The Encyclopedia of science"/>. Le vaisseau spatial Enterprise-D découvre une sphère d'une taille comparable à celle de l'orbite d'une planète et, à sa surface, un vaisseau en perdition, le Jenolen ainsi qu'un téléporteur bloqué en boucle depuis 75 ans. En le réactivant, ils font réapparaître le capitaine Montgomery Scott, ancien ingénieur en chef de l'Enterprise-A<ref>Modèle:Lien web.</ref>. La série Andromeda présente deux sphères de Dyson, dans les épisodes Modèle:Langue et Modèle:Langue<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Lien web.</ref>. Dans Modèle:Langue, la capitale de l'empire humain, Lakfakale, est alimentée au moyen d'une sphère autour de son étoile<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Lien web.</ref>.

Dans le jeu vidéo Modèle:Langue, développé par Modèle:Langue, les êtres extraterrestres appelés « Nomades » ont conçu une sphère de Dyson autour de l'étoile de leur système solaire original<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Lien web.</ref>.

Modèle:Refnec.

Dans l'univers de Marvel Comics, la mutante Lila Cheney vit dans une sphère de Dyson<ref>Modèle:Lien web</ref>.

Dans le jeu vidéo Dyson Sphere Program, la construction d'une sphère de Dyson est l'objectif principal<ref>Modèle:Lien web</ref>.

Le film américain de 2022 Moonfall reprend ce concept et l'applique à la Lune qui renferme une naine blanche.

Références

Modèle:Références

Annexes

Bibliographie

Modèle:Légende plume

Monographies

Articles

Bibliographie complémentaire

Articles connexes

Liens externes

{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Dyson Sphere FAQ
{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Dyson Swarm, Dyson Sphere sur orionsarm.com (vues d'artistes et images de synthèse concernant les types de sphères de Dyson)
[Technologie extraterrestre] Où sont les sphères de Dyson ?

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