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Une sphère de Dyson est une immense structure artificielle que pourrait construire une civilisation technologiquement très avancée autour de son étoile.
Le but ? Capter une large part, voire la totalité, de l'énergie lumineuse émise. Cette structure est susceptible d'impliquer des technosignatures, qui permettraient de la détecter et, donc, d'établir l'existence de civilisations E.TT. dans la Voie lactée.
Sphère de Dyson : le concept doit son nom à Freeman Dyson
L'idée a été proposée en 1960 par une lettre publiée dans le journal Science par le grand physicienphysicien Freeman Dyson, bien connu pour ses multiples contributions scientifiques allant de la physique des particules élémentaires à l'astronautique en passant par la cosmologiecosmologie et la physique du solidesolide. (On peut citer à cet égard son implication dans le projet Orion, visant à construire un vaisseau spatial interplanétaire se propulsant grâce à l'énergie nucléaire -- des explosions successives, à l'arrière du vaisseau, le pousseraient vers l'avant. Un tel mode de propulsion permettrait de se rendre sur Mars en quelques mois seulement. On lui doit également le célèbre temps de Dyson donnant une estimation de la duréedurée pendant laquelle un universunivers en expansion infinie peut abriter une vie intelligente.)
Au début des années 1960, influencé par le livre de science-fiction intitulé Star Maker, de Olaf Stapledon, et par le bouillonnement de la naissance du programme Seti, Freeman Dyson se mit à vérifier si les idées évoquées dans l'ouvrage de Stapledon étaient crédibles du point de vue de la physique, sans se soucier des redoutables problèmes technologiques rencontrés pour les concrétiser.
Une étoile dans une coque artificielle
En extrapolant la courbe de croissance de la consommation d'énergie et de matièrematière de l'humanité, fatalement, on aboutit à la conclusion que nous finirons par avoir besoin de toute l'énergie libérée par le SoleilSoleil chaque année.
Dyson a alors calculé qu'en utilisant une massemasse de matière équivalente à celle de JupiterJupiter, il est possible d'entourer notre Soleil d'une coque semi-solide, d'une épaisseur de 2 à 3 mètres, capable de piéger le rayonnement de notre étoile.
Découvrir des civilisations extraterrestres
Or, d'après les lois de la thermodynamiquethermodynamique, même en utilisant une grande partie de l'énergie ainsi disponible, la coque s'échauffera et réémettra dans l'infrarougeinfrarouge comme un corps noircorps noir d'excellente qualité. Le spectrespectre d'une étoile est proche de celui d'un corps noir, mais une observation un peu fine montre rapidement qu'il est en réalité haché par une série de raies d'absorptionabsorption voire, parfois, de bandes. Ce ne serait pas le cas avec l'objet étudié par Dyson.
La méthode qu'il propose pour découvrir des civilisations extraterrestres est donc de partir à la recherche d'objets froids rayonnant dans l'infrarouge comme un corps noir quasi parfait et dont la taille serait de l'ordre de quelques unités astronomiquesunités astronomiques.
Le concept a fait fortune sous le nom de « sphère de Dyson » et il a notamment été popularisé par Carl SaganCarl Sagan dans ses ouvrages, par exemple CosmosCosmos. Cette idée est souvent mentionnée dans les discussions sur la classification des civilisations telle qu'elle a été proposée en 1964 par le grand astrophysicienastrophysicien et exobiologiste russe Nikolaï Kardachev, aujourd'hui impliqué dans le projet RadioAstron.
Kardachev
a classé les civilisations technologiques en fonction de leur consommation en énergie. Il a introduit ce que l'on appelle désormais en son honneur l'échelle de Kardachevéchelle de Kardachev. Appliquée à l'humanité, elle implique que :
- si nous consommons un jour toute l'énergie solaire disponible sur Terre, nous deviendrions une civilisation de type I.
- Si nous utilisons toute l'énergie rayonnée chaque seconde par le Soleil, en l'entourant d'une sphère de Dyson, nous deviendrions une civilisation de type II.
- Si nous colonisons la GalaxieGalaxie pour exploiter l'énergie de toutes les étoiles de la même manière, nous serions en passe de devenir une civilisation de type III.
Comment construire une sphère de Dyson ?
La constructionconstruction d'une sphère de Dyson semble complètement hors de portée technologiquement. Elle nécessiterait l'énergie rayonnée par le Soleil pendant 800 ans s'il fallait morceler toute la matière présente dans Jupiter. Toutefois, l'opération pourrait être réalisable. L'astuce serait probablement de construire une machine de Von Neumann, c'est-à-dire capable de se répliquer elle-même. Rapidement, à la façon de virus ou de cellules se multipliant. Le nombre de telles machines serait alors suffisant pour prélever dans le Système solaireSystème solaire la matière nécessaire. Il faudrait ensuite l'assembler, mais sous quelle forme ? Celle de séries de gigantesques centrales solairescentrales solaires en orbiteorbite, réparties de manière à recouvrir uniformément une portion non négligeable de la surface d'une sphère entourant une étoile de type solaire à quelques unités astronomiques de distance.
Toutefois, une véritable coquille rigide entourant une étoile pose des problèmes de résistancerésistance mécanique insolubles. C'est pourquoi une sphère de Dyson serait plus probablement un ensemble de sous-structures isolées ne couvrant qu'une portion de la surface totale d'une sphère.
On en déduit plus généralement qu'une sphère de Dyson n'est pas la seule façon de détecter des civilisations extraterrestres au-delà du type I dans la Galaxie. Des satellites comme Kepler pourraient le faire à partir des courbes de transit d’objets artificiels de grande taille, du genre des colonies spatiales de Gerard O'Neill, ou encore à partir des flashs laser associés à des vaisseaux équipés de voiles.
