Les dangers des débris spatiaux

Depuis le début de la conquête spatiale, l’homme a laissé derrière lui en orbite une multitude de débris spatiaux. Des étages de fusées, des vieux satellites obsolètes… Il y en a de toutes sortes et ils sont présents tout autour de nous. L’annonce du projet Starlink de l’entreprise SpaceX a relancé les inquiétudes sur les risques que représente l’accumulation de pollution spatiale. En effet, le projet Starlink prévoit de mettre en place 12 000 satellites permettant un accès à Internet dans le monde entier. De ce fait, les craintes concernant les dangers des débris spatiaux sont revenues à l’ordre du jour.

Dans cet article, nous allons découvrir l’impact des débris spatiaux sur les hommes, la planète et l’espace ainsi que les solutions qui s’offrent à l’humanité pour remédier à cet enjeu qui gagne en importance.

Que sont les débris spatiaux ?

Un débris spatial est un objet en orbite autour de la Terre qui n’a plus de fonctions. Dans la grande majorité des cas, il est artificiel, c’est-à-dire d’origine humaine.

Généralement, les déchets flottant dans l’espace sont le résultat des activités de lancement, comme l’abandon en orbite d’un étage de fusée ou encore un satellite qui cesse d’être actif. Mais ils peuvent aussi être le résultat d’explosion ou de collision en orbite. Par exemple, en 1986, l’étage H8 d’Ariane 1 explosa. Cet événement engendra plus de 700 débris spatiaux. Quelques décennies plus tard, en 2009, la collision entre deux satellites n’engendra pas moins de 2 000 débris !

Le nombre de débris spatiaux

Les chiffres peuvent varier selon les sources. Aujourd’hui entre 20 000 et 34 000 objets répertoriés volent au-dessus de nos têtes. Parmi ces objets, seulement 2 000 sont actifs. Le nombre de débris spatiaux est donc au minimum 10 fois supérieur au nombre de satellites actifs, c’est-à-dire fonctionnels et utilisés par l’homme.

On considère comme un débris tous les objets faisant entre 10cm et 1m. Ceux qui sont comptabilisés font plus de 10 cm en orbite basse et 1 m en orbite géostationnaire. Quand ils sont plus petits, ils sont très difficiles à détecter. De ce fait, le nombre de débris spatiaux est sans doute largement supérieur. Grâce à quelques statistiques, la NASA a estimé qu’il existait plus de 900 000 déchets dont la taille varie entre 1 et 10 cm ! En dessous de 1 cm, ils seraient plusieurs dizaines de millions.

Ces chiffres peuvent paraître importants, mais en réalité, ils ne représentent rien du tout par rapport à ce qu’est la taille de l’orbite terrestre. Dans la majorité des cas, les effets des débris spatiaux sont inexistants. Ils viennent se désintégrer dans l’atmosphère. Plus l’altitude est élevée, plus ils mettent de temps à redescendre. À partir de 800 km d’altitude, les débris spatiaux peuvent mettre plus d’un siècle à tomber ! Ainsi, le nettoyage « naturel » ne s’applique qu’aux objets en dessous de 800 km.

Les dangers des débris spatiaux pour l’homme

Il faut prendre en compte que plus de 70 % de la masse des débris spatiaux qui retombent dans l’atmosphère s’incinèrent entièrement. En 2018, sur 588 nouveaux objets envoyés dans l’espace, 355 se sont désintégrés en redescendant dans l’atmosphère. Ce sont donc au maximum 30 % des cas qui arrivent à atteindre la surface terrestre. Ceux qui arrivent à toucher le sol sont généralement des objets conçus pour résister à de fortes températures, des objets massifs ou encore des objets légers avec de grandes dimensions.

Les agences spatiales essaient d’effectuer des rentrées atmosphériques contrôlées, afin de limiter le risque d’accident. Ainsi, les océans sont souvent la cible de ces pratiques, tout simplement parce qu’ils ne sont pas peuplés. Il arrive parfois que certains déchets spatiaux tombent sur terre. Par exemple, en 1997, un étage de la fusée Delta 2 est tombé près de Houston au Texas. Fort heureusement, personne n’a été touché. Il est d’ailleurs très peu probable qu’un humain meure de cela.

En effet, comme nous l’avons vu, les débris spatiaux représentent une toute petite quantité de la grandeur de l’orbite terrestre et ils sont dans la majorité des cas détruits / rapetissés grâce à l’atmosphère. En plus de cela l’homme n’habite que sur 10 % de la surface terrestre. Bref, le risque de voir un jour un satellite vous tomber sur la tête est presque inexistant ! En revanche, ces débris spatiaux peuvent avoir d’autres conséquences sur l’homme…

La pollution spatiale des débris spatiaux et ses risques pour l’homme

La pollution que peuvent engendrer les débris spatiaux présente beaucoup plus de risque que les déchets spatiaux eux-mêmes. En 1978, le satellite Cosmos 954 tombe dans le grand nord canadien. Aucune victime n’était à déplorer, mais il disposait d’un radar alimenté par un cœur nucléaire. Des matières radioactives furent projetées sur plus de 124 000 km². Le cas de Cosmos 954 est le premier accident spatial nucléaire connu.

Le nucléaire est loin d’être la seule matière toxique pouvant polluer notre planète. En 2007 le satellite américain USA 193 devient incontrôlable. Il a dû être abattu par un missile. Pourquoi donc ? Le satellite disposait d’un réservoir de carburant comportant 500 kg d’hydrazine. Ce carburant est hautement toxique, et il aurait pu provoquer de graves dégâts sur de vastes zones si le satellite avait eu des problèmes lors de sa sortie de l’atmosphère.

Les débris spatiaux, en soi, ne représentent que peu de risques. Néanmoins, la chute d’engins spatiaux contenant des matières dangereuses pose un véritable problème pour la santé des populations humaines et l’environnement de manière générale.

Le danger des débris spatiaux pour les satellites

Nous arrivons au principal danger des débris spatiaux, leur énergie cinétique. En orbite, un débris de seulement 1 mm évoluant à 14 m par seconde dispose de la même énergie qu’une boule de bowling lancée à 100 km par heure. Lorsqu’un débris dépasse cette taille, il est considéré comme dangereux. Un débris d’environ 1 cm sera générera l’équivalent de l’énergie d’une voiture filant à 130 km par heure ! Ainsi, les débris spatiaux, même petits en taille représentent une réelle menace pour les satellites de communication en orbite autour de la Terre.

Ces collisions peuvent avoir plusieurs conséquences, qui peuvent aller de la simple panne à la destruction pure et simple du satellite. Par exemple, en 1996, le satellite français « Cerise » fut détruit par un débris spatial. Les débris spatiaux peuvent donc avoir un impact très négatif et coûteux.

Les conséquences d’une collision ne s’arrêtent pas là. La destruction d’un objet spatial génère à son tour de multiples débris… Et plus il y a de débris en orbite, plus il y a de chances que des collisions subséquentes avec un satellite actif se produisent. Ce qui entrainera l’apparition d’autres débris, et forcément plus de collisions ! Bref, vous l’aurez compris, la croissance des débris spatiaux présente le risque de suivre une courbe exponentielle.

Au-delà d’un nombre de débris spatiaux, l’humanité pourrait purement et simplement ne plus pouvoir accéder à tout ce que peut nous apporter l’espace. L’environnement spatial ne serait alors plus qu’une perpétuelle collision de débris où l’évolution de n’importe quel appareil humain dans l’espace serait impossible. Comme nous l’avons vu tout à l’heure, les débris spatiaux à plus de 800 km d’altitude mettent un siècle pour tomber sur terre et être incinérés lors de leur rentrée dans l’atmosphère. Imaginez un instant les conséquences néfastes pour les décollages de fusée qui devraient un jour évoluer dans un tel environnement rempli de débris filant à vive allure et présentant le risque de provoquer des dégâts critiques aux engins.

Cette réaction en chaîne aux effets catastrophiques a un nom, le syndrome de Kessler. En 1978, le consultant de la NASA Donald J. Kessler avait proposé ce scénario. Pour l’instant, il n’y pas de consensus scientifique sur le chiffre définissant le seuil critique. Un constat est sûr, aujourd’hui la destruction des déchets spatiaux réalisée par l’atmosphère terrestre n’est plus suffisante pour contenir la croissance des objets. Il devient donc urgent de trouver une solution à ces déchets spatiaux afin de garantir l’accès à l’espace.

On se souvient que le film Gravity avait abordé la problématique des débris spatiaux. Dans ce film, des débris spatiaux avaient causés des ravages à la station spatiale internationale. Les scènes de destructions avaient été assez impressionnantes. Redécouvrons une de ces fameuses scènes:

Les solutions actuelles pour stopper les débris spatiaux

Dès les années 80, plusieurs agences spatiales ont commencé à rechercher des solutions pour réduire les conséquences néfastes des déchets évoluant dans l’orbite de la Terre.

La réglementation nationale et internationale

La première consisterait dans la création de règles internationales ayant pour but de limiter le nombre de résidus dans l’espace. Ces règles obligeraient chaque acteur spatial à maintenir une utilisation respectueuse de l’environnement spatial. Ces règles (qui d’ailleurs, ne concernent pas que les débris spatiaux) sont définies par des standards. Par exemple, en 1998 le standard ESA PSS0140 de l’agence européenne « ESA », prévoyait de désorbiter tous les étages de lanceurs une fois leurs missions terminées. C’est-à-dire de volontairement les faire tomber dans l’atmosphère pour les désintégrer. Irréalisable, ce standard avait alors été abandonné.

Un constat est réalisé, il est techniquement impossible de réduire le nombre de débris spatiaux à court terme. Il faut donc travailler à moyen et long terme. En 1995, la NASA établit un standard qui devint la norme pour beaucoup d’autres agences. Le NASA STANDARD NS1740-14. Cinq objectifs sont alors identifiés :

1. En fin de mission, tous les objets orbitaux doivent être vidangés de toute l’énergie interne qui les compose (le carburant, l’énergie nucléaire…). L’objectif est d’éviter les explosions involontaires, et ainsi la prolifération des déchets spatiaux.

2. Deuxièmement, il est décidé qu’un objet ne pourrait plus passer plus de 25 ans en orbite dans les zones dites « densément peuplées ». Les satellites devront donc être réorientés vers une « zone cimetière », c’est-à-dire une zone assez basse pour qu’ils puissent être détruits naturellement et rapidement.

3. Ensuite, le lancement de fusées ou de satellites (ou de tout autre objet spatial) ne doit pas générer de débris spatiaux volontaires, sauf si ceux-ci sont rapidement désintégrés.

4. Les satellites doivent être conçus de sorte que le moins de débris possible ne soient produits en cas d’impact.

5. Enfin, en cas de rentrée atmosphérique non contrôlée, les risques pour les populations doivent être limités au maximum. Dans ce cadre, les constructeurs de fusées doivent utiliser des matériaux plus facilement dégradables lors de leur chute dans l’atmosphère. Par exemple, en utilisant de l’aluminium plutôt que du titane.

Ces règles peuvent différer en fonction des agences, c’est pour cela qu’en 1987 naissait l’IDAC, soit le « Comité de coordination interagence débris spatiaux ». L’objectif était de promouvoir la coopération, afin de trouver des politiques communes pour le bien de tous. Aujourd’hui, quasiment la totalité des agences spatiales mondiales y a pris part.  

Les règles de la NASA citées plus haut sont toutefois simplement conseillées par le Comité. Car oui, les standards sont présents à titre indicatif, et c’est aux agences de faire leurs choix ! L’IDAC ne dispose pas de compétences juridiques lui permettant de les faire appliquer sur le plan international. Certaines des règles sont donc correctement appliquées, tandis que d’autres non. L’efficacité de ces organisations internationales reste donc limitée.

La limitation du nombre de collisions

Une autre solution aux problèmes des débris en orbite consiste à limiter le nombre de collisions en orbite par une surveillance précise de la position des débris. Pour ce faire, tous les débris sont catalogués et leurs déplacements sont analysés. Ensuite, les opérateurs de satellites sont prévenus, et ils doivent décider s’il est nécessaire de modifier la trajectoire du satellite pour éviter le risque de collision.

Jusqu’à récemment, cette solution était en réalité peu mise en place, car les outils ne permettaient pas d’analyser les dizaines de milliers de débris spatiaux. De plus, les coûts pour une telle surveillance s’avéraient trop élevés.

C’est ainsi que l’organisme militaire américain « Joint Space Operation Center » prévient tous les opérateurs de satellites, y compris ceux appartenant à des pays étrangers, des risques de collisions. L’organisme analyse les risques de collisions grâce à ses satellites et à ceux de ses partenaires, puis les données leur sont transmises. Une fois les données reçues, les opérateurs se coordonnent alors entre eux pour éviter une collision.

Malheureusement, cela est très coûteux. Le satellite doit effectuer des manœuvres qui n’étaient pas prévues, ce qui augmente le risque de pannes. En plus de cela, certains opérateurs ne veulent pas communiquer sur leurs satellites, notamment quand ils ont des objectifs militaires. 

Les technologies pour réduire la pollution spatiale

Pour solutionner les problèmes causés par les débris spatiaux, des technologies et des programmes souvent très dispendieux ont été imaginés.

Le projet RemoveDebris

C’est une mission européenne qui a été élancée en début d’année 2018. À l'aide d'un filet et d'un harpon, elle a pu attraper des CubeSats (nanosatellites). Le vaisseau capable de cette prouesse pèse 100 kg. Il a été conçu par un regroupement de dix entreprises européennes, dont Airbus Defense.

Pince lézard de la NASA

Ce projet, inspiré des pattes de lézards, a pour but de récupérer des surfaces glissantes, comme des panneaux solaires ou plastiques. Dans sa fiche de présentation du projet, la NASA indique que ces pinces pourront déplacer jusqu’à 278 kg.

D'autres solutions envisagées

Il existe aussi des techniques sans contact. La JAXA, l’agence spatiale japonaise, proposait en 2010 des moteurs ioniques, qui en soufflant des jets ioniques sur les débris spatiaux, permettraient de les pousser ou les freiner. Ainsi, il serait plus facilement possible de désorbiter un débris. Soit en le rapprochant de l’atmosphère pour qu’il se détruise, soit en le faisant reculer pour qu’il ne représente plus de risque.

Des bras robotiques ont aussi vu le jour, permettant de manipuler les déchets spatiaux. Cette technique reste limitée, tout simplement parce que les débris tournent en général très vite sur eux même.

Il ne s’agit là que quelques exemples de solutions. Seulement, ces dernières sont très coûteuses à développer et à mettre en place au niveau national. On s’est alors penché sur les sources de financement. L’une d’elles consisterait à globaliser le nettoyage de la haute atmosphère en faisant participer de nombreux pays à l’effort financier collectif.

Une autre solution envisagée est la mise en place d’une amande contre les opérateurs ne respectant pas certaines conditions. Cette amande servirait à financer une caisse commune dédiée au nettoyage spatial. Cette idée demande de créer une agence supra nationale ayant la puissance d’imposer des sanctions. Néanmoins, à l’heure actuelle, une telle organisation a peu de chance de voir le jour.

La dernière solution envisagée est de confier le nettoyage de l’espace aux activités de maintenance et de ravitaillement. Les équipements et les technologies pour ces tâches se ressemblent beaucoup. Cela permettrait aux engins de maintenance d’avoir deux utilités. Les économies seraient considérables comparées au « peu » de moyens investis.

Que faut-il retenir ?

En conclusion, les effets des débris spatiaux sont nombreux, mais leur impact direct sur l’être humain reste limité. À long terme, le danger menace surtout nos satellites en orbite. Il est nécessaire de limiter le nombre de débris spatiaux. C’est pour cela que plusieurs réglementations ont été mises en place ces dernières années. Le développement de technologies spécifiques est aussi en plein essor, et de nombreuses possibilités de financement voient le jour.

Si l’humanité souhaite toujours se tourner vers l’espace au cours des prochaines décennies, il devient désormais impératif de prendre la problématique et les enjeux de la pollution spatiale très au sérieux.