Critiques de notre temps

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Problèmes d’astrophysique - Existe-t-il une limite de masse de la Terre

Problèmes d’astrophysique

Existe-t-il une limite à la masse de la Terre au-delà de laquelle serait remise en cause son équilibre ?

Par Saucratès 

Saint-Denis de la Réunion, le 18 mars 2023

 

Un blog de profane peut-il poser un problème d’astrophysique ? L’astrophysique est-elle accessible aux profanes ? Pourtant, je vais exposer deux questions qui me posent problème.

 

La première question sera de savoir s’il y a une limite à l’ajout et à la récupération de minerais et de matériaux dans le système solaire ou ailleurs, et à partir de quelle limite la stabilité de l’orbite terrestre, sa vitesse de rotation pourra être affectée par une augmentation de son poids en résultant.

 

La deuxième question sera en lien avec la théorie de la Forêt Sombre de  Liu Cixin exposée dans son roman de SF sur le problème à trois corps. Dans la galaxie qui nous entoure, est-il ou non dangereux pour une civilisation terrienne comme la nôtre de nous signaler par des communications au reste de la galaxie ? Le monde de notre galaxie, ou de notre univers, n’est-il pas extrêmement dangereux et une civilisation qui signalerait sa présence à ses voisins galactiques ne risque-t-elle pas d’être immédiatement annihilée par ceux-ci, ou par d’autres civilisations plus lointaines ?

 

Existe-t-il une limite de masse de la Terre

Evidemment, cette question n’est que théorique aujourd’hui. Elle repose sur l’idée qu’il sera un jour possible de récupérer des minerais ou des matériaux sur d’autres planètes ou sur des astéroïdes de notre système solaire, ce qui n’est pas encore possible à ce jour. Les seuls ajouts de masse de la sorte l’ont été par accident avec des chutes accidentelles d’astéroïdes à notre surface.

 

On peut même penser que la masse de la Terre a dû légèrement diminuer depuis le début de l’ère industrielle avec la transformation en carbone et en gaz carbonique, et la destruction de gisement de pétrole et de charbon sur les deux derniers siècles environ (les transformations des millénaires précédents des huiles comptant pour des broutilles). 

La masse de la Terre est ainsi estimée à 5,972 × 10^21 tonnes. En comparaison, les réserves prouvées de charbon fin 2020 sont d’environ de 1.000 milliards de tonnes soit 1 x 10^15 tonnes. Les réserves prouvées de pétrole s’élèvent pour leur part 1.700 milliards de barils, soit 226 milliards de tonnes, ou encore 2,2 × 10^11 tonnes.

 

L’utilisation du charbon depuis les années 1800 jusqu’en 2020 pour toute forme d’usage (domestique ou industriel) est supposé s’être élevé à 160.580 mtep entre 1800 et 2020, soit 2,4 × 10^11 tonnes. De son côté, l’utilisation du pétrole depuis le début de son utilisation (soit environ les années 1870) représenterait selon la même source un total d’environ 180.000 mtep, soit 1,8 × 10^11 tonnes. Ce qui est cohérent avec les estimations indiquant que l’on a consommé à peu près la moitié des réserves connues de pétrole (il reste à peu près une masse comparable à la consommation totale depuis 1870).

 

https://www.encyclopedie-energie.org/consommation-mondiale-denergie-1800-2000-les-resultats/

 
En clair, les consommations antérieures de pétrole, de charbon et de gaz étant pratiquement anecdotiques avant les années 1800, les humains se contentant de prélever les ressources accessibles (affleurements) et leurs utilisations n’étant pas très différentes des la dégradation naturelle, et la majeure partie de l’énergie nécessaire étant fournie par la biomasse (bois), on peut considérer que la diminution de la masse de la Terre depuis plusieurs millions d’années en lien avec la consommation de charbon et de pétrole des 20 dernières décennies, ne s’élève qu’à 1 sur 10^10 (un dixième de milliardième), ce qui doit rester aussi tout à fait anecdotique à l’échelle de la Terre (4,2 x 10^11 tonnes comparée à 5,9 × 10^21 tonnes).

 

De même, le poids de la population humaine à l’échelle de notre planète, même si elle a crû de manière invraisemblable depuis les années 1800, multipliée par 8 ou 10, de la même manière que les cheptels bovins, caprins ou porcins, demeure encore plus anecdotique. Avec 8 milliards d’humains, on peut estimer que la masse de l’humanité est infinitésimale et s’approche de 0,4 millard de tonnes (4 x 10^8 tonnes).

 

Il n’en ira pas forcément de même de l’adjonction future de minerais et de matériaux récupérés dans la ceinture d’astéroïdes du système solaire, dès lors que l’on sera capable d’aller les chercher, de les récupérer et de les ramener sur Terre.

 

Existe-t-il donc une limite à la masse de la planète Terre au-delà de laquelle l’accroissement de masse de notre planète aura un impact sur sa vitesse de rotation, sur son ellipsoïde autour du soleil, où sa trajectoire dans notre système solaire ?

 

On estime que la masse totale de la ceinture d'astéroïdes s’élève entre 3,0 et 3,6 × 10^18 tonnes (3 à 3,6 milliards de milliards de tonnes), soit 4 à 5 % de celle de la Lune, et environ 2 dix-millième de la masse de la Terre. Quant à la Lune, smasse est estimée à 7,342 × 10^19 tonnes, soit 1,23 % de celle de la Terre. La masse de la ceinture de Kuiper est enfin estimée à environ 10% de la masse de la Terre, soit probablement aux alentours de 5 à 6 × 10^22 tonnes. Ainsi, au maximum, l’apport des minerais et matériaux des astéroïdes de la ceinture d’astéroïdes ne pourrait accroitre la masse terrestre au pire que de 2 dix-millièmes (jusqu’à 10% en récupérant également les débris de la ceinture de Kuiper), même si malgré tout, la totalité de la seule ceinture d’astéroïdes dépassent largement la masse terrestre perdue consommée en charbon et pétrole d’un facteur multiplicateur 10^7.

 

Concernant l’hypothétique nuage d’Oort, qui représente les débris de comètes compris de 20 000 à 30 000 unités astronomiques (ua) et jusqu'à plus de 100 000 ua, sa masse théorique pourrait dépasser 3 à 4 fois la masse terrestre.

 

Parler de limite de masse pour la Terre a-t-il un sens ? 

Quel pourrait donc être l’impact en matière de gravité et de stabilité planétaire d’un accroissement potentiel de la masse terrestre sur sa vitesse orbitale, sur sa vitesse de rotation, sur sa trajectoire et ses relations avec les autres objets du système solaire ? Et à partir de quel seuil d‘accroissement de la masse terrestre, ou de diminution de sa masse, des impacts pourront-ils être enregistrés ?

 

Existe-t-il d’ailleurs un problème potentiel ? Ou bien la masse de la Terre est-elle sans importance sur les phénomènes de gravité au sein du système solaire et entre les planètes elles-mêmes. Je suis parti d’un presupposé théorique, que nul ne s’interrogerait sur l’importance du poids des planètes dans la stabilité du système solaire. C’est évidemment ce qu’il faudrait démontrer, et au-delà de quelle variation  de poids la trajectoire orbitale de la Terre et les effets de marée avec la Lune seraient affectés.

 

Nul ne contredirait l’hypothèse que si la Terre perdait énormément de poids, devenait une boule d’aluminium ou de papier, les effets de marée de la Lune déchiquèteraient notre planète et que les forces d’attraction de notre étoile achèveraient de nettoyer l’orbite terrestre de ces débris et de notre Lune qui serait vraisemblablement capturée par une autre planète de notre périphérie ou bien qu’elle rejoindrait les objets de la ceinture de Kuiper ou du nuage d’Oort.

 

La question est donc de savoir quelle est cette limite au-delà de laquelle l’équilibre du couple Terre-Lune et de notre système solaire commencerait à être affecté soit par une perte de matériaux de notre planète Terre, soit par un gain de matériaux de notre même planète Terre.

 

C’est une question qui me semble intéressante, dès lors que la colonisation de notre système solaire risque de débuter dans les prochaines décennies et que la récupération de débris et de matériaux issus des planétoïdes de la ceinture d’astéroïdes ou de la ceinture de Kuiper peut commencer à être envisagée.

 
 

Saucratès

 

 

Nota : estimation du poids des différents objets du système solaire :

 

- Soleil : 1,989 × 10^27 tonnes

- Jupiter : 1,898 × 10^24 tonnes

- Saturne : 5,683 × 10^23 tonnes

- Neptune : 1,024 × 10^23 tonnes

- Uranus : 8,681 × 10^22 tonnes

- Terre : 5,972 × 10^21 tonnes

- Vénus : 4,867 × 10^21 tonnes

- Mars : 6,418 × 10^20 tonnes

- Mercure : 3,285 × 10^20 tonnes

 

Les satellites de forme sphérique et les planétoïdes 

- Ganymède : 1,482 x 10^20 tonnes (troisième satellite de Jupiter)

- Titan : 1,345 × 10^20 tonnes (quatrième satellite de Saturne)

- Callisto : 1,076 × 10^20 tonnes (quatrième satellite de Jupiter)

- Io : 8,93 × 10^19 tonnes (premier satellite de Jupiter)

- Lune : 7,342 × 10^19 tonnes

- Europe :  4,800 × 10^19 tonnes (deuxième satellite de Jupiter)

- Triton : 2,140 × 10^19 tonnes (septième satellite de Neptune)

- Éris : 1,646 × 10^19 tonnes (objet épars)

- Pluton : 1,314 × 10^19 tonnes

- Hauméa : 4,006 x 10^18 tonnes  

- Titania : 3,527 × 10^18 tonnes (troisième satellite d’Uranus)

- Obéron : 3,014 × 10^18 tonnes (quatrième satellite d’Uranus)
- Makémaké : 3,100 × 10^18 tonnes (ceinture de Kuiper)

- Rhéa : 2,307 × 10^18 tonnes (cinquième satellite de Saturne)

- Japet : 1,806 × 10^18 tonnes (huitième satellite de Saturne)

- Charon : 1,520 × 10^18 tonnes (premier satellite de Pluton)

- Ariel : 1,400 × 10^18 tonnes (premier satellite d’Uranus)

- Umbriel : 1,172 × 10^18 tonnes (deuxième satellite d’Uranus)

- Dioné : 1,096 × 10^18 tonnes (quatrième satellite de Saturne)

- Quaoar : ~1,000 × 10^18 tonnes (ceinture de Kuiper)

- Cérès : 9,460 × 10^17 tonnes (ceinture d’astéroïdes)

- Téthys : 6,176 × 10^17 tonnes (troisième satellite de Saturne)

- Vesta : 2,700 × 10^17 tonnes (ceinture d’astéroïdes)

- Ixion : ~2,300 × 10^17 tonnes (ceinture de Kuiper)

- Pallas : 2,110 x 10^17 tonnes (ceinture d’astéroïdes)

- Varuna : ~1,550 × 10^17 tonnes (ceinture de Kuiper)

- Hygie : 1,000 x 10^17 tonnes (ceinture d’astéroïdes)

- Encelade : 8,600 × 10^16 tonnes (deuxième satellite de Saturne)

- Miranda : 6,590 × 10^16 tonnes (cinquième satellite d’Uranus)

- Mimas : 3,840 x 10^16 tonnes (premier satellite de Saturne)

- Néréide : 3,100 x 10^16 tonnes (deuxième satellite de Neptune)



18/03/2023
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