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Les débris spatiaux sont une préoccupation majeure pour la plupart des agences spatiales dans le monde. Elles ont pris conscience qu'en l'état, si rien n'est fait, leur accumulation dans l'espace rendra certaines orbites inutilisables. Aujourd'hui, on compte environ 23.000 débris de plus de 10 cm, 700.000 de plus de 1 cm et 135 millions de plus de 1 mm. Cette prolifération se traduit de façon très concrète par le fait qu'aujourd'hui, les satellites et la Station spatialeStation spatiale réalisent bien plus de manœuvres d’évitement que par le passé.
Et il y a urgence. Pour certains experts, il serait même déjà trop tard. Pour certaines orbites, la situation s'approcherait d'une exponentielle connue sous le nom de syndrome de Kessler. Concrètement, la collision des débris entre eux autoentretient la population. En clair, le nombre de débris qui retombent naturellement dans l'atmosphèreatmosphère est inférieur au nombre de ceux générés par la collision des débris existants. En d'autres termes, même si l'on arrêtait demain toute activité spatiale et tout lancement, la population de débris continuerait à augmenter, menant à une situation dans laquelle certaines orbites deviendraient impraticables à long terme.
Cette thèse de Donald Kessler est d'autant plus prise au sérieux que des études faites sur ce sujet, que ce soit par le Cnes, l'Onera ou des instituts anglophones, vont dans ce sens. Pire, certains travaux montrent que les premières causes de mortalité d'un satellite sont dues à des débris spatiaux. Les satellites équatorien et russe détruits en début d'année par un débris en sont un bon exemple.
L'expérience Long Duration Exposure Facility, entre 1984 et 1990, a permis d'étudier les impacts et leurs effets sur différents matériaux. © Nasa
Débris spatiaux et réaction en chaîne
Pour d'autres experts, la situation est certes critique, mais a été prise à temps, de sorte qu'il est très exagéré de dire qu'elle ne va pas s'améliorer. S'ils ne contestent pas l'aggravation de la situation, ils sont plus prudents sur la réalité du syndrome de Kessler. Toutefois, ils sont conscients qu'à long terme, si rien n'est fait, les orbites basses situées entre 700 et 1.100 km d'altitude pourraient effectivement devenir inutilisables.
Aujourd'hui, les opérateurs de satellites prennent également conscience du problème. En effet, compte tenu du nombre de débris en orbite, la probabilité qu'un satellite d'observation de la Terreobservation de la Terre soit détruit par une collision pendant sa durée de vie est de 3 à 5 % ! Cela peut paraître peu, mais c'est tout de même une variable significative à prendre en compte dans les montages financiers et le business plan de ce type de projet, qui se chiffrent souvent à plusieurs millions de dollars.
Ce qui pose problème, ce sont moins les gros débris et ceux supérieurs à dix centimètres, que l'on sait détecter et cataloguer, que les plus petits, pour lesquels une détection est pour ainsi dire impossible. Malgré tout, la première urgence est de dégager les plus gros débris, générateurs de futurs petits débris, et qui encombrent les orbites les plus utilisées. Comme le souligne Fernand Alby, responsable des activités débris spatiaux et surveillance de l'espace au Cnes, « il suffirait d'enlever cinq à dix gros débris par an tout en respectant par ailleurs la réglementation en matière de propreté des activités spatiales pour stabiliser leur population ».
Projets pour adapter les satellites aux petits débris
L'autre urgence va vers une meilleure protection des satellites. Là encore, il n'y a pas pléthore de solutions. Si la chance est l'une d'elles (mais guère fiable), il est surtout question de réduire la vulnérabilité des satellites aux petits débris de moins de 1 ou 2 cm. C'est le but de nombreux projets, comme P²-Rotect mené par l'Onera et qui traite « de la vulnérabilité des systèmes spatiaux aux débris spatiaux et des réponses que l'on peut apporter pour réduire cette vulnérabilité aux collisions », précise Sébastien Merit, le chef de projet à l'Onera. Autre étude, le projet ReVus d'Astrium. Il a également pour but d'apporter des solutions de protection et des évolutions d'architecture des satellites de façon à améliorer la résiliencerésilience. Enfin, des règles sont édictées pour contraindre les opérateurs de satellites à les désorbiter en fin de vie pour éviter les risques de collision, comme cela a été le cas en 2009 lorsqu'un satellite russe en fin de vie est entré en collision avec l'américain IridiumIridium 33.
Gros plan sur un impact de débris spatial examiné au microscope électronique à balayage. La croissance du nombre de débris spatiaux préoccupe toutes les agences spatiales. © Cnes
Concrètement, lorsque les satellites arrivent en fin de vie, ils sont vidés de leur carburant, puis sont amenés sur une orbite cimetièreorbite cimetière ou bien désorbités dans l'atmosphère terrestre, où ils se consument et sont détruits. C'est ce que l'Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne a fait tout récemment en désorbitant deux de ses satellites en fin de vie. Si Planck, situé au point de Lagrange L2point de Lagrange L2 à quelque 1,5 million de km de la Terre, a été placé sur une orbite cimetière pour ne pas encombrer la position L2, le satellite Goce d'étude de la gravitégravité a été désintégré dans l'atmosphère au-dessus de l'Atlantique sud.
Un laser géant pour protéger les satellites
Cela dit, aussi blindé soit-il, un satellite restera toujours vulnérable aux petits et très petits débris. S'ils peuvent encaisser sans faillir des collisions de débris de quelques millimètres, ceux de l'ordre du centimètre peuvent les endommager sérieusement, voire rendre inutilisables certains des systèmes ou instruments. C'est pourquoi les éléments vitaux des satellites sont logés, quand cela est possible, au centre.
La seule protection consiste à éliminer les débris qui s'approchent trop près d'un satellite. Si à première vue cela paraît utopique, il existe bien une solution crédible pour régler le problème. Elle passe par l'utilisation d'un laserlaser qui pourrait vaporiser des débris de quelques centimètres pour les détruire ou les éjecter hors des orbites terrestres. Des études tout à fait crédibles montrent que c'est même la seule solution.
Si la technologie existe pour construire un tel objet, il faut savoir que l'on parle d'un rayon laser de plusieurs mètres de diamètre alimenté non par une prise électrique, mais une centrale nucléairecentrale nucléaire dédiée ! Enfin, et c'est peut-être ce qui permettra sa constructionconstruction, ce laser peut être utilisé comme une arme dirigée contre des satellites. Sa construction ne pourra donc se faire que dans le cadre d'une collaboration élargie à tous les grands utilisateurs de l'espace que sont la Chine, les États-Unis, l'Europe, l'Inde, le Japon et la Russie.
