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[Paroles d’experts] La puissance du sabre laser dans Star Wars

À l’occasion de la journée de Star Wars le 4 mai, Roland Lehoucq, enseignant à l’X et chercheur en astrophysique au CEA et Daniel Suchet, chercheur en post-doctorat au sein du Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces, explorent la démarche scientifique appliquée à l’univers de la science-fiction.

Quelle est la puissance d’un sabre-laser ?

La question peut paraitre absurde car il est évident qu’un laser n’aura jamais les propriétés des armes Jedi de Star Wars. Mais pour nous physiciens, cette question s’avère particulièrement riche. Imaginons que nous vivions il y a bien longtemps, dans une galaxie lointaine, très lointaine et que les sabres lasers ne soient pas des questions mais des réalités. Ce jeu du « et si ? » offre la possibilité de parler non seulement de faits scientifiques, mais surtout de la démarche particulière qui a permis de les produire. Démonstration :

La démarche physicienne : modélisation et ordres de grandeur

Pour estimer la puissance dégagée par un sabre-laser, il nous faut partir d’une situation expérimentale où il est possible de voir le sabre à l’œuvre. La scène d’introduction de l’épisode I La Menace fantôme offre ainsi une belle occasion : Maître Qui-Gon Jinn tente de franchir l’épaisse porte blindée que le vice-roi de la Fédération du Commerce vient de refermer pour se protéger du Jedi. Qui-Gon plonge alors son sabre-laser dans la porte métallique, ce qui la chauffe intensément et finit par en fondre une partie.

Pour déterminer la puissance dégagée par le sabre-laser de Qui-Gon, il faut d’abord estimer l’énergie nécessaire pour fondre la porte et la diviser par la durée mise pour le faire, soit entre 3 et 5 secondes si l’on en croit l’affichage du DVD. L’énergie à fournir dépend du volume de métal fondu (environ 1 mètre cube, en comparant la taille de la porte à celle de Qui-Gon supposé d’une taille humaine moyenne) et des propriétés du métal en question (imaginé proche de l’acier). Cette modélisation simple, qui repose sur des hypothèses explicites, permet d’estimer l’ordre de grandeur désiré : le sabre de Qui-Gon fournit environ 1 milliard de watt (1 GW), soit l’équivalent d’un réacteur de centrale nucléaire.

La démarche scientifique : essais et erreurs

Une fois ce résultat obtenu, il est tentant de chercher à montrer que l’on a raison en trouvant des arguments qui le valident. La démarche scientifique exige l’exercice inverse : peut-on trouver des situations qui mettent le résultat en défaut ? Notre résultat est-il cohérent avec tous les autres résultats d’expériences ?

Cette exigence conditionne la scientificité de toute la démarche : un énoncé qui ne prend pas le risque d’être invalidé - par exemple : « une théière orbite entre la Terre et Jupiter, mais elle est trop petite pour pouvoir être détectée » - renonce à pouvoir se prétendre scientifique.

Dans notre cas, la production d’un gigawatt de puissance a des conséquences dramatiques. Même avec un rendement extraordinaire, le sabre doit dégager une chaleur considérable, qui le ferait fondre dans les mains de Qui-Gon. De plus, la luminosité produite par le métal fondu risque d’endommager définitivement la rétine du Jedi imprudent qui regarde directement l’effet de son œuvre. Bref, notre résultat a de sérieux défauts qui, s’il ne s’agissait d’un film de science-fiction, demanderaient de remettre en question nos hypothèses de travail.

Les biais de raisonnement

Il est facile de ne considérer que les cas qui ne chahutent pas trop notre résultat. Après tout, Dark Vador ne porte-t-il pas d’épais gants pour protéger ses mains de la chaleur dégagée par son sabre et un masque de soudeur pour éviter de s’éblouir ? Oublier tous les autres Jedis pourrait donner l’impression que notre résultat a passé l’épreuve de la cohérence, et qu’il faut chercher un autre moyen de le prendre en défaut.

Star Wars permet ainsi d’illustrer un biais de confirmation bien connu sous le nom de « cherry picking » (cueillette des cerises), qui consiste à signaler des faits ou données qui soutiennent son opinion, tout en ignorant tous les cas qui la contredisent.

Des concepts universels

Pour finir, il est remarquable que l’on puisse dire des choses sur un sabre-laser sans jamais avoir eu besoin de comprendre les détails de son fonctionnement. Peu importe que le sabre soit effectivement laser, ou plasma ou d’une autre technologie : s’il fait effectivement fondre plusieurs tonnes d’acier en quelques secondes, alors il dégage une puissance de l’ordre du GW.

Cet exemple illustre à quel point le concept d'énergie, central dans la physique, a une large portée qui lui permet de formuler des prédictions générales, en s'affranchissant des détails du système étudié. Cette portée offre à la physique un regard particulier sur les problèmes qu’elle aborde, qu’ils soient répartis dans le temps (d’il y a bien longtemps à dans bien longtemps) ou dans l’espace (des galaxies lointaines, très lointaines à notre voisinage plus immédiat).

Bien sûr, l’intégralité de la saga Star Wars ne peut être analysée à l’aune de la science car elle est construite pour être divertissante plutôt que scientifiquement cohérente. Reste qu’elle permet de pratiquer les sciences de façon ludique tout en développant des outils mentaux bien utiles pour s’interroger sur notre monde.

                        Daniel Suchet et Roland Lehoucq