Il est des silences que l'on peut entendre. Celui qui s'installe avant un essai au cœur du flambant neuf Detonation Research Test Facility (DRTF) de l'université du Texas A&M (États-Unis) est certainement de ceux-là. À l'instant où une étincelle enflamme un mélange de méthane et d'air : c'est l'explosion. Elle est puissante. Des ondes de choc se propagent dans un tube confiné, long de plus de 150 mètres. À une vitesse cinq fois supérieure à celle du son. Les parois d'acier tremblent. Les instruments de la salle de contrôle s'affolent. De la détonation, on n'entend qu'un son relativement « étouffé » qui s'échappe du silencieux de 90 mètres recouvert de terre. Un nuage ​​de poussière est projeté dans les airs. Et puis c'est tout.

Une explosion, c'est un phénomène fugace. Mais désormais, il existe un lieu où les scientifiques vont pouvoir expérimenter et enregistrer une foule de données ultraprécises : le tout nouveau DRTF pour Detonation Research Test Facility, comprenez Centre d'essais et de recherche sur la détonation. C'est la plus grande installation du genre au monde.

Ici, l'explosion n'est pas un spectacle. Elle est un objet d'étude. Une frappe précise, délibérée et contrôlée. Et les instruments nécessaires pour comprendre comment et pourquoi elle a commencé, s'est propagée et s'est comportée. Le tout se joue en quelques instants, fugaces et violents. Et le DRTF offre aux scientifiques une occasion unique de les étudier.

Une question de sécurité industrielle

Vous vous souvenez peut-être, en 2005, une explosion s'est produite sur un dépôt de carburant, au Royaume-Uni. La plus importante explosion jamais enregistrée en Europe en temps de paix. Un immense panache de fumée noire et épaisse a empoisonné le ciel, des dizaines de personnes ont été blessées et des milliers ont dû être évacuées.

« Nous étudions ces catastrophes par détonation afin de concevoir et d'améliorer les protocoles et les procédés industriels, et ainsi empêcher les flammes instables de se transformer en désastres. » C'est à ça que doit servir, entre autres, le Detonation Research Test Facility. À mettre au point des dispositifs anti-détonation empêchant les flammes instables à haute pression de se transformer en détonations complètes.

Mais derrière ces détonations maîtrisées se cache une autre promesse que celle de prévenir les catastrophes. Une promesse bien plus vertigineuse encore : celle du vol hypersonique !

Le Centre d’essais et de recherche sur la détonation – ou Detonation Research Test Facility (DRTF) – de l’université Texas A&M est un tube de détonation de plus de 150 mètres de long et près de 2 mètres de diamètre, construit avec des parois en acier et associé à un silencieux recouvert de terre de 90 mètres. © Texas A&M University College of Engineering

Développer les vols hypersoniques

Imaginez un vol Paris-New York non pas en sept ou huit heures, mais en moins de deux. C'est ça aussi qui va être testé au DRTF de l'université du Texas A&M. Les explosions contrôlées, en effet, devraient pouvoir être transformées en systèmes de propulsion capables d'atteindre des vitesses hypersoniques.

Hypersonique ? En d'autres mots, des vitesses qui sont au moins cinq fois plus importantes que celle du son. Au Detonation Research Test Facility, ce ne sont pas les objets qui accélèrent, mais des ondes de détonation qui peuvent atteindre Mach 5 en moins de cinq secondes. « Les données que nous recueillerons pourraient contribuer à façonner l'avenir de l'aviation commerciale et de la propulsion spatiale », estiment les chercheurs dans un communiqué.

Le tube de détonation vu de l’intérieur. « L’idée, c’est de remplir ce volume d’un gaz inflammable mélangé à de l’air et ensuite, de provoquer l’étincelle… » Après, il ne reste plus aux chercheurs qu’à observer ce qui se passe. Et ils peuvent désormais le faire dans des conditions contrôlées. © Texas A&M University College of Engineering

Le lien étonnant entre les diamants et les détonations

L'autre branche de la physique qui s'intéresse aux expériences qui vont pouvoir être menées au sein du DRTF, c'est la physique des matériaux.

Les nanodiamants sont des objets curieux. Ils sont environ 10 000 fois plus fins qu'un cheveu. Mais leur origine est encore plus fascinante. Ils se forment lors de détonations, lorsque les atomes de carbone sont contraints de s'organiser en structures cristallines extrêmement ordonnées, produisant ainsi l'un des matériaux les plus durs connus. « En soumettant la matière à des pressions et des températures extrêmes, nous ouvrons la voie à des matériaux aux propriétés totalement inédites », précise Scott Jackson, le directeur technique de l'installation.

Ces gemmes minuscules pourraient permettre des avancées majeures en informatique quantique, en administration ciblée de médicaments pour le traitement du cancer et en matériaux aérospatiaux de nouvelle génération destinés aux environnements hostiles. Et « les mêmes forces qui créent un objet aussi petit qu'un nanodiamant peuvent aussi désintégrer une étoile ».

Ce sont les étudiants de l’université du Texas A&M (États-Unis) qui font vivre l’installation. Une occasion unique pour eux de confronter la théorie à la pratique. © Texas A&M University College of Engineering

Au cœur des supernovae

C'est là que le DRTF bascule du côté science fondamentale. « Les processus qui se propagent dans le tube d'acier du Detonation Research Test Facility régissent également les grands événements cosmiques, y compris les supernovae. Les échelles sont très différentes, mais la physique est profondément liée », assure Elaine Oran, la directrice scientifique de l'installation.

En recréant et en isolant les mécanismes physiques sous-jacents, les chercheurs espèrent accéder à une nouvelle compréhension du comportement de l'énergie dans des conditions extrêmes et des raisons pour lesquelles les étoiles explosent de cette manière.

« Le DRTF, c'est bien plus qu'une simple installation. C'est un point de convergence d'idées, de disciplines et d'expertises œuvrant pour un objectif commun : développer les connaissances qui façonneront les applications et la science du futur. »