« Interstellar » (2014)

09.11.2014 par Richard Taillet, dans Uncategorized

J'attendais avec impatience l'occasion de voir le nouveau film de Christopher Nolan, Interstellar, et cette occasion m'a été offerte dans le cadre du Festival du Court Métrage de Draguignan, qui a cette année choisi pour thème « l'espace au cinéma » et qui projetait le film ce soir. Je n'ai pas été déçu, c'est de la science-fiction tendance hard-science, c'est même probablement le film le plus ancré sur des concepts de physique moderne, ici la relativité générale, qu'il m'ait été donné de voir.

Sans entrer dans le détail du scénario, les personnages sont amenés à se poser sur une planète en orbite autour d'un trou noir et une partie du ressort dramatique s'appuie sur les effets relativistes associés à la physique des trous noirs. C'est sur un de ceux-ci que je voudrais revenir ici [1].

L'effet le plus spectaculaire est celui de dilatation des durées : la relativité générale, cette théorie établie en 1915 par Albert Einstein, décrit la gravitation comme un effet de courbure de l'espace-temps et prédit qu'une horloge placée dans un champ de pesanteur intense tourne plus lentement qu'une horloge placée dans un champ de pesanteur faible. Plus précisément, si on synchronise deux horloges identiques, qu'on en déplace une pour l'amener vers un champ gravitationnel plus intense, puis qu'on la ramène à côté de la première, on verra que son indication retarde, et ce d'autant plus que le champ gravitationnel auquel elle a été soumis était intense, et qu'elle y est restée longtemps. C'est vrai pour les humains comme pour les horloges (le cœur des hommes n'est-il pas une horloge qui bat la seconde, quand ce n'est pas la chamade ?). C'est cet effet que Christopher Nolan utilise dans son film, les personnages essayant de minimiser leur temps placé à proximité du trou noir pour ne pas être trop décalés, temporellement, par rapport au reste de l'Univers. C'est un effet réel, observé expérimentalement autour de la Terre grâce à des horloges très précises (car l'effet y est faible, le champ gravitationnel de la Terre étant relativement peu intense), que Christopher Nolan utilise avec beaucoup d'intelligence.

Le film fournit une indication précise : une heure passée sur la planète correspond à sept années écoulées sur Terre (loin de la planète en question). Ceci permet de pousser d'un cran la réflexion, d'un point de vue quantitatif. En effet, dans le cas des trous noirs les plus simples (trous noirs de Schwarzschild, je ne veux pas entrer ici dans plus de détails), l'écoulement du temps à une distance r du trou noir est affecté par un facteur

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où Rs désigne le « rayon de Schwarszchild », correspondant au rayon de l'horizon, en deça duquel rien ne peut sortir du trou noir. Le réalisateur nous indique donc que ce facteur est égal au rapport 7 ans/1 heure, c'est à dire environ 60 000, ce qui permet d'en déduire que r est égal à environ 1,00000000028 fois Rs et que l'orbite de la planète doit être extrêmement proche de l'horizon du trou noir pour obtenir quantitativement l'effet annoncé par Nolan, ce qui ne correspond pas à ce qui est montré dans le film [2].

On peut aussi remarquer cet effet devrait s'accompagner d'un énorme décalage en fréquence des signaux émis par la balise de détresse située sur la planète, lorsqu'ils sont reçus sur Terre, un facteur lui aussi égal à 60 000. Il est très improbable que les scientifiques du film ne s'en soient pas rendus compte et semblent surpris de découvrir que cette balise se trouve dans un champ gravitationnel intense.

Enfin, le film donne peu d'explications scientifiques sur la relativité, ce qui est à mon avis un excellent choix de la part du réalisateur, mais du coup on peut regretter qu'une des rares fois où il le fait, l'explication est très douteuse : un des personnages demande à quelle distance il faut s'éloigner du trou noir pour que l'effet de dilatation du temps disparaisse, et on lui répond qu'il faut sortir de la zone d'attraction du corps. Or cette zone d'attraction est infinie, le champ gravitationnel créé par toute masse décroît sans jamais s'annuler lorsqu'on s'en éloigne, et il en est de même de l'effet de dilatation des durées. En tout cas, le diagramme proposé dans le film, avec le trou noir entouré d'une limite d'attraction, est totalement fantaisiste.

On pourrait aussi discuter de l'apparence des alentours du trou noir : si le réalisateur a pris soin de montrer certaines distorsions optiques, comme celles décrites ici par Alain Riazuelo, il a pris de grosses libertés artistiques pour d'autres (le disque d'accrétion vu de près ou le trou de ver). D'un autre côté, on peut difficilement s'attendre à ce qu'il se base sur les équations de la relativité générale pour rendre compte de ce que verraient des cameramen qui filmeraient les scènes à proximité du trou noir ! Ce serait vraiment intéressant d'un point de vue physique et visuel, mais probablement pas dans un tel film...

Ces quelques réserves étant exprimées, ce film est absolument magnifique. Il possède en outre un intérêt pédagogique énorme : à l'entracte, j'ai pu voir une rangée de têtes se tourner vers moi pour me demander « mais monsieur, c'est vrai cette histoire de temps qui va plus vite, là ? », d'un air mi-inquiet, mi-fasciné. Oui, c'est vrai ! Merci Monsieur Nolan de faire naître cette question dans la tête de millions de spectateurs, comme ces petites graines que vos personnages plantaient dans Inception.

[1]  Il y aurait aussi des choses (positives) à dire sur le traitement des centrifugeuses pour obtenir une gravité artificielle, mais je garde ces remarques pour d'autres occasions.

[2] En toute rigueur, la quantité r ne représente pas directement une distance physique, pour des raisons liées à la description de l'espace en relativité générale, mais ceci ne change pas la conclusion. Il faudrait aussi tenir compte de la dilatation des durées due à la vitesse de la planète sur son orbite, un effet prédit cette fois par la relativité restreinte.


8 commentaires pour “« Interstellar » (2014)”

  1. GAUFFRE Répondre | Permalink

    Bonjour,

    vous indiquez qu'une bonne partie des éléments scientifiques utilisés dans le film est plutôt bien présentée et fait preuve d'une rigueur scientifique certaine.
    Mais que penser de l'interprétation proposée par le réalisateur dans la partie finale du film, dans laquelle le héros "voyage" dans le trou noir et navigue dans un espace multidimensionnel en lien avec la Terre?
    Quel est votre avis? Merci et merci pour vos commentaires éclairés, entre autres sur des films de science-fiction.

    • Richard Taillet Répondre | Permalink

      Bonjour,

      Alors pour préciser, je n'ai pas écrit que tout était réaliste, j'ai écrit que le film était très ancré sur la physique moderne, et que c'était un excellent film. Il y a des invraisemblances liées à la physique, mais perso je n'en porte pas grief au réalisateur, c'est fait avec intelligence. C'est rare, en SF au ciné, l'intelligence. Et encore une fois, ce film invite les spectateurs à s'interroger sur des questions profondes et fondamentales sur la physique, rien que pour ça, ça me plaît. Beaucoup.

      Du coup, pour répondre plus précisément à votre question : je n'ai pas d'avis scientifique sur la partie du film à l'intérieur du trou noir. Le réalisateur nous indique explicitement qu'il s'agit d'une extrapolation technologique vers un futur très éloigné, laissons-le rêver du futur et nous y emmener, perso c'est aussi pour ça que je vais au cinéma. 🙂

  2. Uther Répondre | Permalink

    Bonjour,

    si l'étoile autour de laquelle gravite la planète est en orbite autour du trou noir, quelle serait sa vitesse tangentielle ?
    Pourquoi les personnages ne ressentent-ils pas l'attraction du trou noir ?

    Merci encore pour vos réponses.

    • Richard Taillet Répondre | Permalink

      Bonjour,

      À la distance suggérée par le film, la planète ne peut pas être en orbite autour du trou noir : elle devrait tomber en spiralant vers le trou noir, c'est donc difficile de répondre à votre première question.

      Pour la seconde, c'est plus simple : on ressent rarement une attraction gravitationnelle. Sur la Terre, vous ne ressentez pas l'attraction du Soleil, qui pourtant retient la Terre en orbite. C'est parce que la force centrifuge due à la révolution annuelle de la Terre compense presque exactement l'attraction solaire. Presque mais pas exactement, la différence est responsable du phénomène de marée.

  3. BEHAR Répondre | Permalink

    Bonjour,
    Je cherche une réponse pour un scénario de science fiction : supposons une planète proche d'un trou noir - où le temps passe plus lentement donc - si des voyageurs atteignent une vitesse suffisante - donc le temps va passer plus vite- est-ce que les deux temporalités peuvent se compenser si bien que les voyageurs peuvent revenir dans leur planète exactement à l'heure où ils sont partis ? Autrement, dit est-ce que les deux effets se compensent dans les équations, ou bien est-ce que l'accélération ne permet pas de raisonner de cette manière ?
    Merci

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