Discussion:Ascenseur spatial

Si Arthur C Clarke est mentioné en tant que "parrain" science-fictif du concept, cet article oublie Charles Sheffield qui, avec "la toile entre les mondes", écrit un roman contemporain des "fontaines du paradis" de Clarke traitant du même thème.

Indépendamment des problèmes de faisabilité technique du câble, le projet me semble poser un problème insoluble : le câble est dans le plan équatorial et donc incliné par rapport à celui de l'écliptique. Cette position est instable car elle subit en particulier l'attraction de la lune qui est, elle, dans le plan de l'écliptique. Pour preuve, les satellites géostationnaires qui sont dans ce plan équatorial utilisent de grandes quantités de carburant pour se maintenir dans ce plan (manœuvres "nord-sud"). Le câble nécessiterait lui aussi des quantités phénoménales de carburant uniquement pour se maintenir en place. Sans ces manœuvres, le câble se déplacerait vers le plan de l'écliptique et son extrémité basse finirait par passer d'un tropique à l'autre toutes les 12 heures ! --Cyrille-toulouse 17 mai 2007 à 23:34 (CEST)

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Contrairement à ce que le commentateur ci-dessus (Cyrille-toulouse) affirme,

la Lune n'est pas «dans le plan de l'écliptique». Son plan orbital moyen est incliné d'envrion 5°sur l'écliptique. 86.214.26.251 (discuter) 9 juillet 2015 à 00:25 (CEST) Ninho

Quel rapport avec les fullérènes

l'apparition des nanotubes, utilisant notamment les fullerènes, lui a redonné un certain crédit : Peut-on savoir quel rapport l'auteur voit entre les nanotubes et les fullérènes (mis à part le fait que les deux relèvent de la nanotechnologie ?). Et en particulier comment diable peut-on construire un tube à partir de fullérènes, qui sont des molécules rondes et sans valence ???

C'est fullerène, du nom de Fuller. Et franchement je n'y connais rien mais l'article parle des fullerènes tubulaires [qui] sont appelés nanotubes. L'explication (???) se situe donc en amont de cet article. --Anne 9 juin 2007 à 16:51 (CEST)

Doute

Plus je lis l'article et plus je me demande quel peut être l'interêt d'une telle structure, à part contribuer à développer les recherches sur les câbles en nanotubes. J'avais déjà ajouté une phrase rappelant, en substance, que pour mettre en place cette structure il faudrait commencer par retirer tous les satellites actuellement en orbite terrestre. Or la première phrase de l'article dit : Il devrait permettre de placer des charges en orbite en se passant de fusée. Mais où en orbite? A partir du moment où une charge sera placée en orbite elle percutera inévitablement le câble, sauf, bien sûr, si elle est en orbite géostationnaire.Lady9206 (d) 29 décembre 2007 à 00:16 (CET)

Ca, c'est une question facile : les satellites, au moins ceux en orbite basse, doivent de toute façon embarquer un moteur pour maintenir leur altitude. Il peut donc aussi servir à s'éloigner. D'ailleurs, si on veut lâcher le satellite à une orbite non géostationnaire, il aura besoin d'un moteur pour acquérir la vitesse tangentielle adéquate. --Madlozoz (d) 19 mars 2008 à 20:20 (CET)

Actuellement peu de satellites embarquent un moteur pour corriger l'orbite et/ou contrebalancer l'effet du freinage atmosphérique. Ensuite la mécanique spatiale enseigne que s'il est facile de corriger l'altitude d'une orbite dans un plan, il est très coûteux en énergie de changer de plan. Or éviter un ascenseur spatial implique de changer le plan. Le satellite devrait le faire quasi quotidiennement et donc la réserve de carburant s'épuiserait rapidement. Il faudrait aussi que l'étage de fusée qui l'aura mis en orbite rentre rapidement dans l'atmosphère. Lady9206 (d) 10 août 2009 à 13:38 (CEST)

non, mais si, en fait.

D'une part, ils suffit de changer une seule fois de plan pour être tranquille. On parle d'éviter un point sur l'équateur et non le plan équatorial lui même. Et éviter un point fixe de 10cm sur une sphère d'environs 10 milliards de kilomètre carré, c'est possible ;-)

D'autre part, et c'est effectivement un défaut du système, ils auront forcement besoin de moteur. Soit pour se mettre sur un plan très éloigné du câble, soit pour éviter les autres satellites. Car ceux qui on eu la flemme de trop s'éloigner du câble vont vite se retrouver en surpopulation.

En parlant de surpopulation, tu a en effet raison de te poser des question sur un dispositif visant a envoyer des satellite en masse :D Le gros intérêt est plutôt de faire le premier pas d'un voyage interplanétaire. --Madlozoz (d) 31 août 2009 à 12:03 (CEST)

Si, mais non

On ne peut pas "changer une seule fois de plan". Les plans d'orbite ne sont pas fixes par rapport à la Terre mais par rapport à l'espace : la Terre tourne "à l'intérieur" de l'orbite. Tous les points de l'équateur sont, à un moment ou à une autre, survolé par un satellite donné. De plus à cause du bourrelet équatorial terrestre les plans des orbites précessent. Or cet ascenseur spatial est fixé au sol. On n'en sort pas : il faudrait changer constammment de plan ou....supprimer tous les satellites, sauf les géostationnaires.Lady9206 (d) 31 août 2009 à 19:28 (CEST)

Que le satellite "balaie" l'équateur, je veut bien, mais il n'aura pas a eviter le cable "quasi quotidiennement".

Grosso-modo, tu dit que le satellite coupera le plan de l'equateur un peu n'importe où, donc pas spécialement au niveau de l'ascenseur. Meme s'il est en orbite basse et si on prend une marge d'1 km, il n'a qu'une chance sur 20 000 (2*pi*r/2) de devoir faire une manoeuvre d'évitement à chaque rotation. En orbite basse, on fait un tour en 2 heure, donc il fera une manoeuvre tout les 4 ans. Ca oblige à prévoir le cas, mais en terme de carburant, c'est que dalle. --Madlozoz (d) 31 août 2009 à 20:21 (CEST)

Hello, en effet un satellite n'aurait à changer de trajectoire qu'une fois ou 2 durant sa vie. En assumant qu'il n'y ait qu'un ascenseur. Si le concept fonctionne évidemment, il n'y a pas de raisons qu'on n'en construise pas plusieurs, ce qui augmente d'autant le nombre de manœuvres nécessaires. Dans tous les cas, cela ne marche que pour les satellites actifs. Pour, les satellites "morts" ou pour les débris, on ne peut pas changer leur trajectoire c'est pourquoi certains concepts d'ascenseurs sont montés sur les plateformes en mer. Dans ce cas, c'est le câble qu'on déplace pour éviter les collisions. Il me semble avoir lu quelque part qu'une autre possibilité serait de faire onduler (à très basse fréquence) le câble. L'amplitude permettant là aussi d'éviter les objets. --McSly (d) 1 septembre 2009 à 03:28 (CEST)

CQui (d) Si on est capable de realiser le cable, mettre a disposition des satelites du carburant n'est plus un probleme, apres, il suffit que le cable ai une resistance au choc suffisante pour eliminer ceux qui ne sont pas client de l'ascenseur... --30 août 2011 à 18:16 (CEST)

Article partiellement faux

L'article évoque une longueur de 72 000 km (2 fois l'orbite géostationnaire), cependant, bien que l'orbite géostationnaire soit le point d'équilibre du câble, il ne suffit pas de doubler la distance pour assurer l'équilibre du câble. En effet, les forces de gravité et de "fronde" ne varient pas linéairement. Il faut faire un calcul plus poussé pour trouver que la longeur d'équilibre est de 144 000 km.

Je vais essayer de modifier l'article et d'expliquer ce calcul quand j'en aurais le temps.

Oui mais non. Il ne faut pas faire ce calcul, il faut trouver une source qui l’a fait ! Cdlt, Vigneron * ^discut. 6 janvier 2010 à 12:40 (CET)

Eh bien voici une page web qui permet de calculer les paramètres d'un ascenseur spatial en ligne : ici. En réalité au delà de l'orbite géostationnaire, on a le choix entre garder une section constante (ce qui diminue la longueur totale, surtout si on met ensuite un contrepoids au bout) ou conserver (comme en deçà de l'orbite géo) une section juste suffisante pour que la résistance du câble équilibre la tension. Sans contrepoids, la longueur totale du câble se situe entre 144 000 et 170 000 Km, cela dépend de la densité et de la résistance du matériau. Le paramètre critique est en effet le rapport entre la résistance de rupture (en N ou KgF par mm2) et la densité; plus exactement la puissance quatrième de ce rapport. Le calcul sur la page précitée montre que pour un matériau de densité 1, une résistance de 1000 Kg/mm2 (ou 10000 N/mm2) est nécessaire si l'on veut que la masse totale du câble ne dépasse pas des milliers de tonnes.

Calcul sur les caractéristiques du câble

Le problème de l’ascenseur spatial a été posé dans l’épreuve écrite de physique de l’agrégation interne de sciences physiques en janvier 2009. Voici le principe de calcul des caractéristiques du câble nécessaire à la construction d’un tel ascenseur.

Choix de la longueur

L’étude doit se faire dans le référentiel terrestre (référentiel non galiléen à cause du mouvement de rotation propre de la Terre) par rapport auquel le câble est effectivement immobile (en équilibre). Ainsi il n’y a pas de force de Coriolis, celle-ci n’apparaissant que si la vitesse de l’objet n’est pas nulle dans le référentiel d’étude.

On considère un câble arrimé en un point de l’équateur, l’autre extrémité se trouvant sur l’orbite géostationnaire (rappelons que cette orbite est située dans le plan équatorial à une altitude de 35770 km par rapport au sol) ; ainsi les deux extrémités du câble sont fixes l’une par rapport à l’autre.

On applique le principe fondamental de la dynamique à chaque partie élémentaire du câble, ce qui permet de démontrer que chaque partie est en équilibre sous l’action de quatre forces :

- L’attraction gravitationnelle terrestre (ou « poids » de l’élément)

- La force d’inertie d’entraînement (due à la rotation de l’élément autour du centre de la Terre)

- La force de tension exercée par la partie supérieure du câble

- La force de tension exercée par la partie inférieure du câble

La somme vectorielle de ces quatre forces, qui ont pour direction commune celle du câble, est nulle. Le résultat du calcul montre qu’il existe une force de tension dont le sens est vers la Terre en tout point du câble, sauf à l’extrémité située sur l’orbite géostationnaire (où la tension est nulle). Le câble est donc en compression et il y aurait donc un risque de chute en particulier si un petit mouvement accidentel envoyait l’extrémité juste au-dessous de l’orbite géostationnaire.

La valeur de la tension du câble au point d’arrimage est égale au « poids » apparent du câble entier (soit environ 1/6 du poids total du câble si celui-ci était entièrement au niveau du sol). Donc le câble appuie sur le sol.

Pour empêcher la chute, on allonge le câble au-delà de l’orbite géostationnaire. Un nouveau calcul, encore basé sur l’application du principe fondamental de la dynamique, montre que le choix d’une longueur critique du câble (143 760 km) a les conséquences suivantes :

- La tension du câble au point d’arrimage est nulle ; donc le poids apparent du câble est nul et celui-ci n’appuie ni ne tire en ce point.

- En chaque autre point, la tension du câble a sons sens vers le haut. Le câble est donc en tension sur toute sa longueur et il n’y a plus de risque de chute.

- La valeur de la tension augmente jusqu’au point de l’orbite géostationnaire, où elle atteint sa valeur maximum, puis diminue ensuite jusqu’à être nulle à l’extrémité du câble.

On pourrait aussi choisir une longueur comprise entre 35770 et 143760 km. Une partie du câble sera alors en compression (risque d’affaissement) et l’autre en tension.

Choix du matériau

Économiquement on a intérêt à minimiser la masse du câble. On montre qu’il suffit de construire un câble de section variable. En chaque point on détermine la section juste suffisante de telle sorte que la contrainte (force de tension par unité de surface) soit inférieure à la contrainte critique du matériau, au-delà de laquelle il y a risque de déformation irréversible et rupture. Le câble a ainsi une forme de fuseau fortement enflé autour du point de l’orbite géostationnaire.

Au niveau du sol, le câble doit seulement supporter la charge d’une cabine de masse égale à 10 tonnes, puisque par ailleurs la force de tension du câble est nulle.

Malheureusement la tension du câble augmente avec l’altitude et atteint des valeurs gigantesques autour du point de l’orbite géostationnaire. Il faut donc augmenter la section dans des proportions irréalistes si on utilise des matériaux traditionnels. C’est là que les nanotubes de carbone viennent nous sauver.

Voici dans l'ordre : matériau - section au sol - section sur l’orbite géostationnaire

acier - 10 cm2 - 10 (exposant 163) m2

kevlar - 3 cm2 - 14 hectares

nanotubes - 0,1 cm2 - 2 cm2

Il restera à résoudre les deux petits problèmes suivants :

- Fabrication d’un câble continu de 150 000 km en nanotubes sans défaut.

- Transport jusqu’à l’orbite géostationnaire et déploiement à partir de celle-ci d’un câble de 50 000 tonnes.

Mais peut-être découvrira-t-on prochainement des matériaux plus performants que les nanotubes de carbone.

--Prof24 (d) 21 décembre 2009 à 16:54 (CET)

transfert depuis Véhicule spatial

Où doit-on placer le paragraphe suivant, transféré depuis Véhicule spatial mais non sourcé:

En 2009, Andrew Petro, de la NASA, a regardé un engin motorisé alimenté par un rayon laser grimper sur 800 mètres le long d'un câble, au-dessus du désert Mojave. Ce système fait l'objet d'une compétition organisée par l'agence spatiale américaine dans le cadre des Centennial Challenges - un concours destiné à stimuler les recherches innovantes. Il démontre le potentiel de la transmission électrique sans fil. Cette piste associée aux travaux sur les matériaux super solides, suscite de nouveaux espoirs pour une idée qui semble relever de la science-fiction : un ascenseur capable d'emporter des cargaisons voire des humains, à des milliers de kilomètres dans l'espace. Décrit pour la première fois en 1960, l'ascenseur spatial était aussi le sujet d'un roman d'Arthur Clarke, Les Fontaines du paradis. Sa construction est encore loin d'être viable mais, selon Andrew Petro, la théorie de base tient debout. La transmission d'énergie sans fil et les matériaux plus solides pour les câbles - deux aspects essentiels du concept de l'ascenseur - sont au menu des concours de la NASA et de la Conférence sur l'ascenseur spatial qui se tient tous les ans. Autre coup de pouce, depuis 1991, des nanotubes de carbone, l'un des matériaux connus les plus résistants. Mais les adapter à un câble reste un immense défi. Alors, pourquoi vouloir un ascenseur spatial ? Une fois construit, expliquent ses partisans, il permettrait l'expédition de gros volumes à moindre coût que les fusées.

Nulle part si c'est non sourcé Xavier Combelle (d) 30 août 2011 à 20:33 (CEST)

C'est surtout une copyvio de (regarder en désactivant le javascript)

Naissance du concept

Bonjour,
est-ce réellement Constantin Tsiolkovski qui à en 1895 été le premier à penser au concept de l'ascenseur spatial? N'y a-t-il pas eu déjà d'autres personnes qui y ont songé avant comme Jules Verne?
Calviin 19 (discuter) 31 janvier 2015 à 10:15 (CET)
Sur ce site il est dit que le concept de l'ascenseur spatial paraît être tiré d'un livre de Jules Verne (en d'autres mots).--Calviin 19 (discuter) 31 janvier 2015 à 10:35 (CET)