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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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