La recherche est un processus imprévisible. Parfois, vous finissez par faire une découverte vraiment cool que vous n’avez pas vue venir. J’ai récemment découvert une propriété fondamentale des sabres laser (c’est vrai – les armes impressionnantes de Star Wars) en faisant mes recherches régulières en physique des plasmas. J’ai trouvé que, bien qu’il soit en théorie possible de construire un sabre laser, il est probable que ce soit l’arme la plus dangereuse jamais créée – à la fois pour l’auteur et la victime.

Avec Star Wars: Le Réveil de la force étant sorti en DVD après avoir battu toutes sortes de records au box-office, je me suis dit que c’était le bon moment pour partager les nouvelles.

Malgré son nom, il a été établi dans le canon de Star Wars que ces anciennes armes des Jedi ne sont en fait pas des épées laser mais des lames de plasma. Le plasma est souvent connu comme le « quatrième état de la matière » en plus des solides, des liquides et des gaz que nous connaissons tous ici sur Terre. Cependant, les plasmas sont de loin l’état le plus courant de toute la matière visible dans l’univers (à l’exclusion de la mystérieuse « matière noire” ou « énergie noire”) comprenant environ 99%.

Ce qui rend les plasmas différents des autres états, c’est qu’ils sont composés de particules chargées électriquement – des électrons lâches (chargés négativement) et des atomes qui ont perdu des électrons (chargés positivement), bien qu’ils n’aient pas de charge globale. Toute charge électrique en mouvement, telle que celles à l’intérieur d’un plasma, crée des champs magnétiques et peut également être manipulée à l’aide de champs magnétiques ou électriques – contrairement à un gaz neutre.

Les champs magnétiques sont la clé pour contenir le plasma dans une lame, ils peuvent contrecarrer la pression du plasma chaud qui tente de se dilater dans son environnement. C’est exactement l’une des approches qui ont été développées pour tenter d’exploiter la puissance de fusion nucléaire, dans laquelle des noyaux atomiques (des atomes qui n’ont pas d’électrons) entrent en collision pour former un nouveau noyau tout en libérant d’énormes quantités d’énergie.

La fusion nécessite des températures incroyables pour que les noyaux atomiques chargés positivement puissent surmonter leur tendance à se repousser mutuellement. Nous créons ces plasmas chauds dans des réacteurs à fusion en forme de beignet (« tokamaks”) qui utilisent des électroaimants puissants dans les parois du réacteur pour maintenir ce plasma à distance. Le plus grand de ces réacteurs expérimentaux sera construction (Réacteur Expérimental Thermonucléaire International) dont la construction se terminera en 2019 et qui vise à pouvoir enfin produire plus d’énergie par fusion que ce qui est mis en place pour créer, soutenir et contrôler le plasma lui-même.

Lueur mystérieuse

Il y a deux façons dont les plasmas peuvent émettre de la lumière. Le premier est d’être incroyablement chaud. Le soleil, par exemple, est une boule de plasmas chauds dont la source de chaleur provient de la fusion qui se produit en son cœur. Tous les objets chauds émettent un rayonnement électromagnétique avec des longueurs d’onde spécifiques. Leur couleur perçue dépend uniquement de leur température, allant du rouge pour les températures plus basses et du bleu pour les températures plus élevées. C’est probablement la source de la lueur d’un sabre laser – si vous voulez un sabre laser vraiment dangereux, vous en avez besoin d’un bleu.

L’autre façon dont les plasmas peuvent briller est très similaire au fonctionnement d’une ampoule fluorescente. En faisant passer un courant électrique à travers un plasma, les électrons peuvent entrer en collision avec les atomes chargés positivement (ions surnommés), ce qui augmente leur énergie. C’est similaire à ramasser une balle sur le sol et à la placer sur l’une des nombreuses étagères – cela augmente l’énergie potentielle de la balle, les étagères représentant les niveaux d’énergie des ions. Mais la nature est intrinsèquement paresseuse et s’efforcera toujours de revenir à l’état d’énergie le plus bas possible. Finalement, la balle roulera de l’étagère en retombant au sol. Les ions le font en libérant leur énergie excédentaire sous forme de lumière – ce qui pourrait créer la lueur du sabre laser. Cette lumière sera d’une couleur spécifique en fonction de la composition du plasma.

Bien que les sabres laser semblent réalisables d’un point de vue physique, les besoins en énergie d’un tel dispositif seraient immenses, d’autant plus qu’il doit être contenu dans la petite poignée du sabre laser. D’énormes progrès technologiques seraient nécessaires pour faire des sabres laser une réalité. Mais il y a un problème encore plus important qui se poserait si jamais vous deviez avoir un duel au sabre laser comme dans les films.

Effets magnétiques puissants

La reconnexion magnétique est un processus fondamental de la physique des plasmas qui peut se produire lorsque des plasmas avec différents champs magnétiques entrent en collision. À mesure que les champs magnétiques de chaque plasma se rapprochent les uns des autres, tout le modèle des lignes de champ magnétique change et tout se réaligne dans une nouvelle configuration magnétique – libérant d’énormes quantités d’énergie.

C’est ce qui alimente essentiellement les aurores boréales – l’énergie du vent solaire est libérée lorsque ces particules entrent en collision avec le plasma à l’intérieur du champ magnétique terrestre dans un ensemble spécifique de conditions.

C’est à partir de nos études des conditions dans lesquelles la reconnexion peut se produire dans l’espace que j’ai pu réaliser le problème des batailles au sabre laser. Lorsque deux lames de plasma s’affrontent, il est presque impossible d’éviter la reconnexion magnétique, avec pour résultat une libération explosive du plasma contenu dans les deux sabres. Cela signifierait que, si vous étiez dans un duel au sabre laser, vous et votre adversaire auriez des parties du corps vaporisées en un seul affrontement!

Peut-être que les créateurs des deux prochains films Star Wars devraient faire une remarque … encore une fois, qui sait comment « La Force” fonctionne vraiment?