Pourquoi l'espace est devenu une poubelle ?

Depuis l'avènement de l'ère spatiale dans les années 1950, nous avons lancé des milliers de fusées et envoyé encore plus de satellites en orbite. Beaucoup y sont encore sous forme de débris spatiaux, et le risque de collision augmente à mesure que nous en lançons d'autres. Depuis que l'homme explore l'espace, il crée aussi un certain désordre. En orbite autour de notre planète se trouvent des milliers de satellites morts, ainsi que des débris de toutes les fusées que nous avons lancées au fil des ans. Cela pourrait poser un problème un jour. Est-ce vraiment un problème ? Existent-ils des solutions contre les débris spatiaux ? Réponse dans notre article.

Le problème des débris spatiaux autour de la Terre

Actuellement, plus de 2 200 satellites opérationnels sont en orbite autour de la Terre. Mais ce qui inquiète de plus en plus, ce sont les satellites inopérants, les fusées usées et les débris spatiaux qui encombrent également la région - collectivement appelés débris spatiaux ou déchets spatiaux. Certains considèrent même que l'espace serait devenu une poubelle.

Dès que l'humanité est entrée dans l'espace avec le lancement de Spoutnik I en 1957 lors de la course à l'espace, les débris orbitaux ont commencé à s'accumuler. En 2020, à ces 2 200 satellites opérationnels se sont ajoutés environ 34 000 débris de 10 cm de diamètre ou plus, environ 900 000 objets de 1 cm à 10 cm et plus de 128 000 000 de pièces de moins de 1 cm. La masse des débris en orbite terrestre s'élève à près de 7 millions de kilogrammes. Bien que les orbites finissent par se désintégrer et que les débris puissent rentrer et se consumer dans l'atmosphère terrestre, ce processus peut prendre des années.

Depuis le vol de Spoutnik I en 1957, le nombre de déchets spatiaux ne fait que croître.

À un peu moins de 30 000 km au-dessus de la surface terrestre, des centaines de satellites sont en orbite géostationnaire. La plupart sont des satellites de communication et de météorologie, mais ils partagent leur orbite avec leurs prédécesseurs décédés. La quantité de déchets en orbite géostationnaire n'est rien en comparaison des satellites et des débris qui se trouvent dans la zone qui s'étend juste au-dessus de l'atmosphère terrestre, appelée orbite terrestre basse ou OBT/LEO. Pour atteindre des orbites plus élevées, la Lune ou d'autres planètes, les engins spatiaux doivent passer par l'orbite terrestre basse, où les débris spatiaux sont les plus denses et les vitesses orbitales les plus élevées. Les débris spatiaux ne mettent donc pas seulement en danger les vaisseaux spatiaux en orbite basse, mais toutes les formes de voyage spatial.

D'où viennent le débris spatiaux ?

Tant que l'homme lancera des objets en orbite, les débris spatiaux seront inévitables et il y aura une sorte de "poubelle spatiale". Les lancements de fusées laissent des boosters, des carénages, des étages intermédiaires et d'autres débris en orbite basse. Il en va de même pour les explosions de fusées, qui représentent actuellement sept des dix principaux événements générateurs de débris. La présence humaine crée également des débris orbitaux, tels que des appareils photo, des pinces, un gant d'astronaute, une clé, une spatule et même un sac à outils perdu lors de sorties dans l'espace. Certains débris spatiaux sont créés naturellement par les impacts de micrométéorites, des fragments d'astéroïdes et de comètes de la taille d'une poussière.

Nombre de débris spatiaux depuis le début de la conquête spatiale (Schéma ESA)

Avec une durée de vie limitée, les satellites opérationnels peuvent devenir des débris spatiaux. Les satellites n'ont plus de carburant pour les manœuvres, les batteries s'usent, les panneaux solaires se dégradent - ce qui provoque une boucle de rétroaction des débris orbitaux, dans laquelle le problème est exacerbé lorsque les panneaux solaires sont sablés par les micrométéorites et les petits débris. Comme pour les débris de fusée, les satellites usagés finissent par rentrer dans l'atmosphère terrestre et par se consumer, mais le processus peut prendre des années - et plus ils orbitent haut au-dessus de la Terre, plus ces orbites prennent du temps à se dégrader.

Les débris spatiaux peuvent heurter des engins spatiaux opérationnels, produisant encore plus de débris de toutes tailles, ce qui augmente encore le risque d'impact. C'est ce qu'on appelle le "syndrome de Kessler", du nom du scientifique de la NASA Donald J. Kessler, qui a émis l'hypothèse que les engins spatiaux et les débris orbitaux pouvaient atteindre une densité telle que chaque impact génère davantage de débris et une plus grande probabilité de collision avec d'autres objets - rendant l'utilisation de l'orbite basse impossible pendant des décennies. Ce phénomène a été dépeint dans le film Gravity de 2013, dans lequel les astronautes interprétés par George Clooney et Sandra Bullock sont bloqués dans l'espace après que des débris aient frappé leur navette.

Aujourd'hui, l'orbite terrestre basse est sur le point de devenir encore plus encombrée. Le SpaceX d'Elon Musk, le projet Kuiper d'Amazon, OneWeb Corporation et la société canadienne Telesat prévoient de placer des constellations totalisant plus de 50 000 satellites en OBT (orbite basse). Pendant ce temps, des collisions entre des engins spatiaux et des débris spatiaux existants se produisent déjà avec une plus grande régularité.

Quelle solution contre le débris spatiaux ?

Au milieu des années 1990, la NASA a publié les premières directives visant à atténuer le risque croissant de débris orbitaux ; d'autres agences internationales ont suivi. En 2002, le Comité de coordination inter-agences sur les débris spatiaux (IADC), composé de 10 nations membres, a adopté un ensemble de lignes directrices consensuelles pour la "coordination des activités liées aux questions des débris artificiels et naturels dans l'espace". Si ces lignes directrices sont suivies, nous pourrons disposer à l'avenir d'un environnement plus propre et plus conforme dans l'espace.

Les entreprises aérospatiales conçoivent actuellement de petits satellites pour lutter contre les débris spatiaux. Les satellites intègrent des systèmes de propulsion électrique tels que des propulseurs ioniques et à effet Hall, ainsi que des propulseurs à plasma pour minimiser les petites particules provenant des fusées chimiques, et des propulseurs de désorbitation en fin de vie pour pousser les engins spatiaux défaillants ou inopérants dans l'atmosphère terrestre. Au Japon, des chercheurs expérimentent même des vaisseaux spatiaux en bois afin de minimiser les niveaux de débris toxiques introduits dans la haute atmosphère terrestre lors de la désorbitation des vaisseaux spatiaux.

Les scientifiques envisagent des filets géants pour récupérer les débris spatiaux.

Mais qu'en est-il des débris existants, ainsi que des débris que l'introduction de dizaines de milliers de nouveaux satellites va inévitablement générer ? Certaines entreprises prévoient d'utiliser des engins spatiaux pour ramasser les débris spatiaux. D'autres conçoivent des méthodes pour capturer les débris orbitaux, notamment des filets, des harpons et des aimants. Des chercheurs de l'université de Tohoku, au Japon, mettent au point une solution de désorbitation sans contact : un satellite envoie un faisceau de particules sur les débris, ce qui les fait ralentir, abaisser leur orbite et entrer dans l'atmosphère terrestre.

Pour réduire au minimum le nombre de débris spatiaux et nous permettre d'utiliser efficacement l'orbite terrestre basse pour de futures explorations, nous devons déployer des efforts concertés et collaboratifs sur plusieurs fronts afin d'éliminer les débris spatiaux existants et de prévenir la production de nouveaux débris. Si les débris spatiaux présentent des risques, l'atténuation des débris spatiaux représente une opportunité à résoudre pour les entrepreneurs intelligents - à la fois dans la prochaine frontière et, peut-être, ici même chez nous.

La carte des débris spatiaux

Découvrez la carte interactive des débris spatiaux sur le site de l'ESRI

La carte interactive des débris spatiaux de la société Environmental Systems Research affiche plus de 19000 satellites en orbite terrestre basse, en orbite terrestre moyenne et en orbite géosynchrone. Amusez-vous à changer les paramètres afin de voir combien de satellites tournent en orbite autour de la Terre, de quelle nationalité sont-ils, quand ont-ils été lancés, ect. Vous pouvez cliquer sur chaque satellite pour en savoir plus. Allez-y, c'est très intéressant ! 

Les débris spatiaux et la station spatiale internationale 

La Station spatiale internationale a été touchée par des débris en mouvement rapide en mai 2021 - mais ils n'ont pas causé trop de dégâts. Un débris spatial se dirigeant vers la station a percuté l'un de ses bras robotiques, laissant un trou. Selon la NASA, plus de 23 000 objets de la taille d'une balle de softball ou plus sont suivis en permanence par le ministère américain de la défense afin de surveiller les éventuelles collisions avec les satellites et la station spatiale internationale. Cependant, certains objets plus petits qui ne peuvent pas être suivis constituent toujours une menace, comme les pierres, les particules de poussière et les taches de peinture qui s'écaillent sur les satellites.

Photo de l'impact du débris sur la Station spatiale internationale (NASA)

Les débris spatiaux, qui comprennent à la fois des météoroïdes naturels et des objets fabriqués par l'homme, sont devenus un sujet de préoccupation croissant, car la région de l'espace entourant immédiatement la Terre est de plus en plus encombrée de pièces de fusées, de satellites et d'autres objets. Ces débris, qui se déplacent à une vitesse d'environ 15 700 miles par heure en orbite terrestre basse, constituent une menace pour les engins spatiaux comme l'ISS et les astronautes en raison de leur vitesse élevée. 

Nombre de débris spatiaux autour de la Terre

Plus de 27 000 débris orbitaux, ou déchets spatiaux, sont suivis par les capteurs du réseau mondial de surveillance spatiale (SSN) du ministère de la défense. Il existe beaucoup plus de débris, trop petits pour être suivis, mais suffisamment grands pour menacer les vols spatiaux habités et les missions robotiques, dans l'environnement spatial proche de la Terre. Quelques chiffres intéressants :

• Nombre de lancements de fusées depuis le début de l'ère spatiale en 1957 : Environ 6 100 (sans compter les échecs)
• Nombre de satellites que ces lancements de fusées ont placés en orbite terrestre : Environ 12020
• Nombre de ces satellites encore dans l'espace : Environ 7520
• Nombre de ces satellites qui fonctionnent encore : Environ 4600
• Nombre de débris régulièrement suivis par les réseaux de surveillance spatiale : Environ 29200
• Nombre estimé de ruptures, d'explosions, de collisions ou d'événements anormaux : Plus de 570
• Masse totale de tous les objets spatiaux en orbite terrestre : Plus de 9500 tonnes
• Nombre de débris estimés par les modèles statistiques comme étant en orbite :
• 36500 objets de plus de 10 cm
• 1000000 objets de plus de 1 cm à 10 cm
• 330 millions d'objets de plus de 1 mm à 1 cm