On ne peut pas communiquer en temps réel au-delà de la Terre : pourquoi ?

Les humains communiquent entre eux de deux manières. La première est celle également utilisée par les autres animaux : l’émission d’ondes sonores. Cependant, celles-ci sont lentes et ne se propagent pas au-delà de quelques dizaines de mètres, en raison de l’atténuation induite par l’air. C’est pourquoi nous cherchons depuis très longtemps des alternatives pour communiquer sur de longues distances. Les signaux de fumée, les drapeaux et les miroirs ont ainsi été utilisés, mais étaient assez inefficaces en termes de quantité d’informations qu’ils pouvaient transmettre. Les cartes postales permettaient de transmettre beaucoup plus de données, mais étaient très lentes.

Un grand bond en avant a été rendu possible grâce à la maîtrise progressive des ondes électromagnétiques. En 1791, Claude Chappe invente le télégraphe optique, un système capable de transmettre un symbole toutes les deux minutes entre Paris et Lille, distantes de 230 km. Cependant, il dépendait des conditions météorologiques et ne fonctionnait pas la nuit.

En 1837, le télégraphe électrique a été introduit par William F. Cooke et Charles Wheatstone. En quelques années, il a été possible de communiquer d’est en ouest à travers les États-Unis, puis, plus tard, de communiquer à travers les océans au moyen de câbles sous-marins.

En 1901, Guglielmo Marconi a développé des expériences de télégraphie sans fil à travers tout l’océan Atlantique.

Communiquer en temps réel dans la société de l’information

Aux 20^e et XXI^e siècles déjà, l’application de la fibre optique et de la technologie moderne sans fil a conduit à la création de la société de l’information, où nous pouvons communiquer les uns avec les autres en temps réel.

Si cela est possible, c’est parce que les ondes électromagnétiques sont transmises beaucoup plus rapidement que les ondes sonores. Le son, même dans des conditions optimales, comme à à travers le diamant, a une vitesse 10 000 fois plus lente que les ondes électromagnétiques transmises par l’air ou les fibres optiques.

Un paramètre permettant d’évaluer la qualité des communications est le temps d’aller-retour (RTT). Il s’agit du temps qui s’écoule entre le moment où un expéditeur transmet un message à un destinataire et celui où une réponse lui parvient. On peut l’estimer à 2 fois la séparation entre les partenaires divisée par la vitesse de propagation du signal.

Les ingénieurs et les scientifiques définissent des valeurs de RTT d’environ 200 millisecondes comme un seuil de qualité pour les communications en temps réel. Si l’on tient compte du fait que la vitesse du son dans l’air est de 340 m/s, et que le RTT ne doit pas dépasser 200 ms, on peut en déduire que la distance pour une conversation entre deux personnes ne doit pas dépasser 34 mètres. Une valeur logique si l’on tient compte du fait que les communications sonores sont destinées à la conversation entre des personnes proches les unes des autres.

Quant aux signaux électromagnétiques, ils peuvent aujourd’hui se propager par des moyens guidés et sans fil avec des valeurs de l’ordre de 2×10⁸ m/s, similaires à la vitesse de la lumière (dans le cas de la fibre optique, c’est la lumière qui est transmise). Pour cette vitesse, si l’on ne veut pas dépasser le RTT de 200 ms, la séparation entre deux partenaires ne doit pas dépasser 20 000 km, soit la plus grande distance entre deux points quelconques de la surface terrestre.

En d’autres termes, la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques est suffisante pour communiquer en temps réel entre tous les habitants de la Terre.

Qu’en est-il de la communication à l’échelle interplanétaire ?

Pour la Lune, qui se trouve à 384 000 km de la Terre, le RTT passe à plusieurs secondes. C’est une valeur inacceptable pour de nombreuses applications que nous utilisons dans notre société de l’information. Pour les planètes, le RTT se compte en minutes. Sans parler de l’étoile la plus proche, Proxima Centauri, située à 4,2 années-lumière. Son RTT est de 8,4 ans. Il faudrait attendre plus de deux olympiades pour recevoir une réponse d’un hypothétique interlocuteur sur une planète en orbite autour de cette étoile.

Pour permettre une communication interplanétaire ou interstellaire, il faudrait que la vitesse de la lumière augmente considérablement. À l’inverse, si la vitesse de la lumière était plus faible, il ne serait pas possible de communiquer entre deux points de la Terre sans courir le risque que le RTT dépasse 200 ms. En d’autres termes, la communication terrestre en temps réel ne serait plus possible et la société de l’information s’effondrerait.

Par exemple, si la vitesse de propagation de la lumière dans la fibre était de 2×10⁷ m/s au lieu de 2×10⁸ m/s, le RTT entre Buenos Aires et Séoul (séparés par près de 20 000 km) passerait de 200 ms à 2 secondes. Cela signifierait qu’il faudrait attendre chaque fois que quelqu’un parle, et que des applications plus exigeantes, comme la chirurgie à distance ou les jeux vidéo interactifs, ne seraient pas en mesure de faire face à cette augmentation de temps.

La vitesse des ondes électromagnétiques est suffisante pour que les humains puissent communiquer en temps réel entre deux points quelconques de la Terre, mais insuffisante pour que nous puissions continuer à le faire lorsque nous nous éloignons de la Terre. La société de l’information n’est possible que sur des planètes dont le diamètre n’est pas supérieur à celui de la Terre, et seul un animal tel que l’être humain, capable de contrôler la propagation des signaux électromagnétiques, peut bénéficier de cette technologie.

Cette coïncidence paradoxale renvoie à des questions telles que le réglage fin de l’univers ou le principe anthropique, tout en ouvrant la voie à d’autres réflexions.

La première est de savoir pourquoi l’évolution de l’être humain a convergé avec le développement de la société de l’information sur une planète comme la Terre. Le RTT de 200 ms, considéré comme adapté aux applications en temps réel, est valable parce que notre cerveau, combiné à d’autres parties de notre corps comme nos yeux et nos oreilles, réagit à différents stimuli avec des temps de réponse correspondant à cette valeur.

De plus, cette RTT est le résultat de nombreuses années d’évolution, et le diamètre de la Terre est également le résultat de l’expansion de l’univers. Le troisième paramètre, la vitesse de la lumière, se combine avec le RTT et le diamètre de la Terre pour créer la société de l’information, qui consiste essentiellement en de nombreux êtres humains interagissant les uns avec les autres en temps réel à la surface de notre planète.

Une autre réflexion concerne le sens de la colonisation des planètes lorsqu’il n’est pas possible de communiquer avec elles en temps réel. Serons-nous capables de dépasser la vitesse de la lumière dans le futur ?

Ignacio Del Villar Fernández, Profesor Titular de Tecnología Electrónica, Universidad Pública de Navarra

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.