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Déjà chargée par 8 400 tonnes d'objets, l'orbite terrestre devient un endroit dangereux, où les satellites et les débris sont appelés à se rencontrer de plus en plus souvent.

par Servan Le Janne | 17 octobre 2019

Le syndrome de Kess­­ler

À 790 km au-dessus de la Sibé­­rie, le satel­­lite améri­­cain Iridium est percuté par un appa­­reil russe à la dérive, le Cosmos 2251. Il est 4 h 55 en temps univer­­sel et les hommes du Réseau de surveillance spatial du dépar­­te­­ment de la Défense améri­­cain émergent avec un sérieux mal de crâne. Sur leurs radars, quelque 2 000 débris sont proje­­tés dans l’or­­bite de la Terre par la colli­­sion. « C’était la première fois que deux vais­­seaux intacts se rentraient dedans acci­­den­­tel­­le­­ment », souffle le direc­­teur du programme de débris orbi­­taux de la NASA, Nicho­­las John­­son. « C’était un mauvais jour. »

L’in­­ci­dent n’est cepen­­dant pas tout à fait isolé. Deux ans plus tôt, le 11 janvier 2007, la Chine a envoyé un missile pour détruire son vieux satel­­lite Fengyun-1C, à 805 km du sol. En plus de montrer « la vulné­­ra­­bi­­lité des satel­­lites améri­­cains et la possi­­bi­­lité d’une course aux arme­­ments spatiaux », selon un commu­­niqué de l’Air Force Space Command, ce test proje­­tait près de 100 000 débris en orbite, dont 2 600 de plus de 10 centi­­mètres.

Crédits : Varol Okan, Genti Ismaili

Depuis, ce nombre n’a fait qu’aug­­men­­ter au gré des lance­­ments et des acci­­dents. L’Agence spatiale euro­­péenne (ESA) dénombre plus de 500 pannes, explo­­sions, colli­­sions et autres événe­­ments anor­­maux ayant entraîné une frag­­men­­ta­­tion, en sorte que 8 400 tonnes d’objets tournent autour de la planète bleue et 223 000 débris de plus de 10 cm ont été obser­­vés. Selon le décompte de la NASA, le nombre de parti­­cules dépas­­sant 1 mm de diamètre excède les 100 millions. Or, « la tech­­no­­lo­­gie actuelle ne permet malheu­­reu­­se­­ment pas de les recy­­cler », souligne Holger Krag, membre de l’équipe char­­gée des débris spatiaux de l’ESA.

Avec la démo­­cra­­ti­­sa­­tion des satel­­lites privés, impul­­sée par une foule de start-ups, l’or­­bite terrestre risque l’em­­bou­­teillage. Le 2 septembre dernier, l’ESA a dû chan­­ger la trajec­­toire de son satel­­lite Aeolus afin d’évi­­ter une colli­­sion avec les appa­­reils du projet Star­­link, lancés par SpaceX au mois de mai. Une étude publiée par la revue Acta Astro­­nau­­tica en 2017 aver­­tit donc contre le risque de « syndrome de Kess­­ler ». D’après ce scéna­­rio théo­­risé par le consul­­tant de la NASA Donald Kess­­ler en 1978, la volume des déchets en orbite sera un jour si impor­­tant que des caram­­bo­­lages inter­­­vien­­dront fréquem­­ment, endi­­guant l’ex­­plo­­ra­­tion spatiale.

Dans un nouvel article paru en septembre 2019, une équipe de cher­­cheurs nord-améri­­cains étudie cette pers­­pec­­tive à la lumière des condi­­tions actuelles. « Étant données les mega­­cons­­tel­­la­­tions propo­­sées par de nombreuses entre­­prises, qui mettraient des milliers de satel­­lites en orbite basse, la ques­­tion n’est pas de savoir si, mais quand ces choses-là vont commen­­cer à entrer en colli­­sion et créer des réac­­tions en chaîne », indique un auteur de l’étude, Jekan Than­­ga­­ve­­lau­­tham. Même si les lance­­ments étaient inter­­­rom­­pus demain, les rési­­dus de satel­­lites seront « domi­­nants » dans quelques décen­­nies à une échelle située entre 800 et 1 400 km, selon les esti­­ma­­tions de l’ESA.

Une illus­­tra­­tion du projet Star­­link
Crédits : Univer­­sity College London

Aussi, certains seront suscep­­tibles de rentrer dans l’at­­mo­­sphère et de tomber au sol, comme une pluie d’or­­dures métal­­liques. « Sachant qu’un objet d’un centi­­mètre navi­­gant à 10 km par seconde peut détruire une mission, nous risquons de perdre des appa­­reils, sans parler de la pollu­­tion », aver­­tit Holger Krag. Si le Comité inter­­a­gence de coor­­di­­na­­tion des débris spatiaux (IADC) formé par la NASA et l’ESA en 1993 donne une série de conseils à suivre afin d’évi­­ter au maxi­­mum le rejet de scories dans l’es­­pace, il n’existe pas de légis­­la­­tion inter­­­na­­tio­­nale en la matière. Certains États en ont fait des lois. « Nous avons cepen­­dant besoin d’un contrôle plus strict et de mesures de suppres­­sion des débris », insiste Holger Krag.

Sinon, « nous allons atteindre un point de non retour », aver­­tit Caro­­lin Frueh, cher­­cheuse en astro­­dy­­na­­mique à l’uni­­ver­­sité de Purdue, dans l’In­­diana.

L’es­­pace poubelle

Pendant quelques jours, en 1963, la Terre ressemble un peu à Saturne. Alors que Martin Luther King mène la marche contre les discri­­mi­­na­­tions à Washing­­ton, une fusée améri­­caine relâche des millions d’ai­­guilles en cuivre. Né dans le labo­­ra­­toire Lincoln du MIT, le projet West Ford entend former un anneau d’an­­tennes autour du globe. Seule­­ment, ce projet tita­­nesque est loin de réjouir tout le monde. En Europe, nombreux sont les astro­­nomes à craindre que cette cein­­ture ne perturbe leurs obser­­va­­tions. « Les États-Unis polluent l’es­­pace », s’in­­digne même la Pravda à Moscou.

Défendu par l’am­­bas­­sa­­deur améri­­cain aux Nations Unies, le projet est vite rendu obso­­lète par les appa­­reils qui succèdent au Sovié­­tique Spout­­nik, lancé en 1957, et à Telstar, le premier satel­­lite de commu­­ni­­ca­­tion lancé en 1962 par Washing­­ton, Londres et Paris. Le mécon­­ten­­te­­ment qu’il suscite pousse toute­­fois les signa­­taires du Traité de l’es­­pace de 1967 à préci­­ser qu’un État « conserve la compé­­tence et le contrôle sur un objet et son person­­nel tant qu’il se trouve dans l’es­­pace ou sur un corps céleste ». Il est aussi tenu pour respon­­sable des dommages causés par ses appa­­reils.

Une antenne du projet West Ford

L’Union sovié­­tique doit ainsi payer 3 millions de dollars cana­­diens lorsqu’en 1978 son satel­­lite Cosmos 954 s’écrase dans un coin reculé des Terri­­toires du Nord-Ouest, disper­­sant du combus­­tible radio­ac­­tif. La même année, l’as­­tro­­phy­­si­­cien de la NASA Donald Kess­­ler prédit que les débris vont deve­­nir problé­­ma­­tiques à partir de 2000, et qu’en­­suite, « le flux de débris augmen­­tera de façon expo­­nen­­tielle avec le temps, même sans nouveau lance­­ment. » Le nombre d’objets dans l’es­­pace passe en effet de 2 000 en 1970 à 7 500 en 2000, ce qui incite la NASA et l’ESA à fonder le Comité inter­­a­gence de coor­­di­­na­­tion des débris spatiaux (IADC) en 1993.

Trois ans plus tard, un micro­­sa­­tel­­lite mili­­taire français baptisé Cerise est heurté par un frag­­ment de fusée Ariane à 700 km d’al­­ti­­tude. En s’in­­té­­res­­sant au sujet, l’ESA s’aperçoit en 2001 que beau­­coup d’an­­tennes lancées dans le cadre du projet West Ford en 1963 sont encore en vol. Avec un lance­­ment manqué deux ans aupa­­ra­­vant, elle en a dispersé quelque 750 000. « La plupart des unités de l’ex­­pé­­rience de 1961 reste­­ront en orbite encore long­­temps », conclue l’agence euro­­péenne.

Fusées et boucliers

Sur son trajet d’un pôle à l’autre, pour mesu­­rer l’épais­­seur de la glace du Groen­­land et de l’An­­tar­c­­tique, le satel­­lite CryoSat change soudain de trajec­­toire. Ce lundi 2 juillet, à 700 km d’al­­ti­­tude, l’ap­­pa­­reil en forme de toit à panneaux solaires, d’une valeur de 140 millions d’eu­­ros, a reçu l’ins­­truc­­tion d’évi­­ter une zone où un débris risque de croi­­ser sa route. « L’objet appro­­chait par derrière et en-dessous de CryoSat », indique l’in­­gé­­nieur de l’ESA Giuseppe Albini. « Comme la proba­­bi­­lité de colli­­sion était supé­­rieure à 1 sur 10 000, nous avons décidé de prépa­­rer une manœuvre. »

Selon son collègue de l’équipe char­­gée des débris spatiaux, Vitali Braun, « près de 50 % des alertes de manœuvres pour éviter les colli­­sions sont dues à des frag­­ments lais­­sés par deux événe­­ments spéci­­fiques : la destruc­­tion du satel­­lite chinois Fengyun-1C en 2007 et la colli­­sion entre Iridium-3 et Cosmos-2251 en 2009. » Ces risques sont augmen­­tés depuis le mitan des années 2010 par les projets de mega­­cons­­te­­la­­tions de satel­­lites écha­­fau­­dés par SpaceX ou OneWeb ainsi que par les start-ups qui proposent à des parti­­cu­­liers d’en­­voyer leurs propres objets en orbite. « Qu’est-ce qui arri­­vera à ceux qui échoue­­ront ou feront faillite ? » s’in­­ter­­roge Holger Krag. « Ils n’iront proba­­ble­­ment pas dépen­­ser de l’argent pour reti­­rer leurs satel­­lites de l’es­­pace. »

CryoSat
Crédits : ESA

Basée à Darm­s­tadt, en Alle­­magne, l’équipe char­­gée des débris spatiaux à l’ESA veille à l’in­­té­­grité d’Aeo­­lus et de Cryo­­sat. Un risque de colli­­sion est étudié trois jours avant l’ap­­proche d’un objet et la déci­­sion est prise la veille. Afin d’an­­ti­­ci­­per, elle a lancé un concours visant à créer une intel­­li­­gence arti­­fi­­cielle capable d’évi­­ter les acci­­dents. En paral­­lèle, l’ini­­tia­­tive « Clean Space » cherche des moyens pour nettoyer l’or­­bite terrestre.

Au cours de leurs recherches sur le syndrome de Kess­­ler, Jekan Than­­ga­­ve­­lau­­tham et ses collègues donnent aussi des pistes afin de réduire le risque de colli­­sion. À l’ins­­tar de la Station spatiale inter­­­na­­tio­­nale, les satel­­lites peuvent être proté­­gés par des boucliers Whipple, expliquent-ils. Ce dispo­­si­­tif en alumi­­nium et kevlar ne protège toute­­fois que contre des débris dont la taille n’ex­­cède pas 1 centi­­mètre de diamètre. Les gros objets peuvent bien être évités grâce à la surveillance d’équipes comme celle de Darm­s­tadt, voire par une intel­­li­­gence arti­­fi­­cielle, mais il est pour l’heure impos­­sible de suivre ceux qui font moins de 5 cm.

Pour ceux-ci, Jekan Than­­ga­­ve­­lau­­tham et ses collègues suggèrent donc d’équi­­per les appa­­reils de camé­­ras ther­­miques. Vu la rapi­­dité avec laquelle les débris voyagent, cela ne lais­­se­­rait guère le temps d’ef­­fec­­tuer une manœuvre, c’est pourquoi un accro­­chage pour­­rait être épar­­gné grâce à des fusées à proper­­gol solide. Afin de tester ce modèle qui pour­­rait parti­­ci­­per à la neutra­­li­­sa­­tion des déchets spatiaux, les cher­­cheurs proposent de déve­­lop­­per un cube­­sat, autre­­ment dit un petit satel­­lite de 10 cm de large avec les camé­­ras ther­­miques et fusées qui vont bien.

Holger Krag
Crédits : ESA

Pour aller plus loin, l’as­­tro­­dy­­na­­mi­­cien Moriba Jah veut faire de l’es­­pace un bien commun. Alors que les données sur son exploi­­ta­­tion sont conser­­vées par des agences mili­­taires, ce profes­­seur à l’uni­­ver­­sité du Texas, qui se décrit comme un envi­­ron­­ne­­men­­ta­­liste spatial, cherche à les regrou­­per dans l’AstriaG­­raph, un système parti­­ci­­pa­­tif de surveillance spatiale. Il plaide ainsi pour un partage de l’in­­for­­ma­­tion à même de faire du contrôle de l’or­­bite terrestre quelque chose d’aussi simple que le contrôle du trafic aérien. À travers ce projet, Moriba Jah entend par ailleurs susci­­ter de l’in­­té­­rêt autour du sujet. Car il va falloir de l’at­­ten­­tion et des moyens pour trou­­ver une tech­­nique effi­­cace de nettoyage de l’es­­pace.


Couver­­ture : NASA


 

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