De gigantesques aimants pourraient-ils protéger les astronautes des tempêtes solaires ?

Envoyer des astronautes vers Mars, voire vers des destinations encore plus lointaines, implique de relever un défi aussi complexe qu'inévitable : l'exposition prolongée au rayonnement spatial. Au-delà de la Terre, où le champ magnétique et l'atmosphère offrent une protection naturelle, les êtres humains évoluent dans un environnement hostile, capable d'endommager le système nerveux, d'augmenter le risque de cancer et d'accélérer la dégradation de nombreux tissus de l'organisme.

Depuis des années, les ingénieurs étudient différentes stratégies pour réduire ce risque. L'une des plus courantes consiste à entourer le vaisseau spatial de matériaux capables d'absorber une partie du rayonnement, comme l'aluminium, le polyéthylène ou même l'eau. Cette solution présente toutefois un inconvénient majeur : l'importante masse supplémentaire qu'il faut envoyer dans l'espace, ce qui augmente considérablement le coût des missions.

Une autre approche, qui suscite un vif intérêt, repose sur l'utilisation d'aimants supraconducteurs capables de générer un puissant champ magnétique autour du vaisseau afin de dévier les particules chargées. Mais ces dispositifs nécessitent une alimentation électrique permanente ainsi que des systèmes cryogéniques complexes pour maintenir les aimants à très basse température. La moindre défaillance de l'un de ces éléments pourrait laisser l'équipage totalement sans protection.

Miser sur des aimants permanents

Pour surmonter ces limites, une équipe de chercheurs italiens et allemands propose une solution intermédiaire : utiliser des aimants permanents afin de créer un bouclier magnétique sans consommation d'électricité.

L'étude, publiée sous forme de prépublication sur arXiv, évalue si un réseau d'aimants en néodyme-fer-bore (NdFeB), réputés pour leurs puissantes propriétés magnétiques, pourrait dévier une partie des particules chargées émises lors d'une tempête solaire, l'un des plus grands dangers auxquels seront confrontées les futures missions habitées dans l'espace lointain.

Pour tester cette idée, les chercheurs ont mis au point un modèle théorique composé d'un réseau de 1 482 aimants cubiques, chacun mesurant seulement 3 centimètres de côté. L'ensemble couvrait une surface d'environ un mètre carré pour une masse inférieure à 300 kilogrammes, soit un poids nettement plus faible que celui d'un bouclier passif offrant une protection équivalente contre le rayonnement.

Des résultats prometteurs, mais des limites importantes

Les simulations ont montré que ce système était capable de dévier environ 20 % des particules solaires dont l'énergie est comprise entre 0,1 et 10 MeV. Si ce pourcentage peut sembler modeste, il correspond néanmoins à une réduction significative du rayonnement de faible énergie, c'est-à-dire celui contre lequel les aimants permanents se sont révélés les plus efficaces.

En pratique, ce bouclier agit comme un filtre. Les particules de faible énergie voient leur trajectoire déviée lorsqu'elles traversent le champ magnétique, tandis que les protons les plus énergétiques le franchissent presque sans être affectés.

Ce comportement montre clairement que cette technologie ne constitue pas une solution complète, mais plutôt un complément potentiel au sein d'un système de protection plus global contre le rayonnement spatial.

Le rayonnement cosmique galactique reste le principal défi

La principale limite de ce dispositif est son inefficacité quasi totale face au rayonnement cosmique galactique, l'un des éléments les plus dangereux de l'environnement spatial.

Les chercheurs soulignent également un autre effet potentiellement indésirable. Lorsque des protons très énergétiques frappent directement les aimants, ils peuvent produire un rayonnement secondaire, sous forme notamment de neutrons ou de rayons gamma. Dans certaines conditions, ce phénomène pourrait augmenter localement l'exposition au rayonnement au lieu de la réduire.

Une autre difficulté concerne la durabilité des aimants permanents, qui perdent progressivement une partie de leur aimantation au fil du temps. Cette dégradation réduirait peu à peu l'efficacité du système lors des missions de longue durée.

Une pièce supplémentaire du puzzle

Malgré ces limites, les auteurs estiment que ce concept mérite d'être étudié plus en détail. Plutôt que de remplacer les technologies existantes, les aimants permanents pourraient s'intégrer à un système hybride associant blindage matériel, champs magnétiques supraconducteurs et cette nouvelle forme de protection passive.

La prochaine étape consistera à réaliser des simulations de Monte Carlo beaucoup plus sophistiquées afin d'évaluer les performances de ce système dans un environnement spatial réaliste, où les particules arrivent de multiples directions et présentent une large gamme d'énergies.

Il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant qu'un vaisseau à destination de Mars n'emporte un tel bouclier magnétique. Néanmoins, toute technologie capable de réduire, même partiellement, l'exposition des astronautes au rayonnement pourrait s'avérer déterminante pour rendre possibles les futures missions habitées dans l'espace lointain.