Débris spatiaux : pourra-t-on encore utiliser l’espace demain ?

Nous avons posé 4 questions à Christophe Bonnal, chercheur à la direction des lanceurs du Centre national d’études spatiales (CNES), président de la commission débris spatiaux de l’Académie internationale d’astronautique (IAA).

A l’heure où l’on parle de tourisme spatial, intéressons-nous à l’état de l’espace autour de la Terre et particulièrement au cas des débris spatiaux. En ce moment même, 8800 tonnes de satellites actifs ou morts, de morceaux de fusées et de fragments de satellites orbitent au-dessus de nos têtes. Lancé à 28 000 km par heure, un débris d’un centimètre peut détruire un satellite. Régulièrement ces débris spatiaux pénètrent dans l’atmosphère. Certains survivent à leur chute et représentent un danger pour les Terriens. Il est urgent d’agir pour limiter leur prolifération, alertent des agences spatiales comme le Centre national d’études spatiales (CNES). Quels risques dans l’espace et sur Terre les débris spatiaux représentent-ils ? Comment les comptabilisent-on ? Comment limiter leur prolifération et nettoyer l’espace ? Nous avons posé nos questions à Christophe Bonnal, chercheur à la direction des lanceurs du CNES et président de la commission débris spatiaux de l’Académie internationale d’astronautique.

Comment détecte-t-on et compte-t-on les débris spatiaux ? 

Christophe Bonnal : Il y a différentes technologies de détection, adaptées aux différentes altitudes :

• Les radars : comme les radars de route, ils envoient un train d’ondes électromagnétiques qui sont réfléchies par l’objet et reviennent au radar. En mesurant le temps mis par ces ondes pour faire l’aller-retour, on connaît leur position. Les avantages des radars sont qu’ils fonctionnent par tous les temps et qu’ils peuvent repérer un objet quelle que soit sa vitesse. L’un des inconvénients c’est que leur performance diminue très fortement avec la distance. Ils sont donc adaptés aux orbites basses uniquement. Un autre inconvénient lié aux radars, c’est que toutes les surfaces ne réfléchissent pas les ondes aussi efficacement. On a coutume de dire que les radars peuvent détecter les objets de plus de 10 cm. Une trentaine de radars disséminés un peu partout dans le monde ont permis d’établir un catalogue de 26 000 débris spatiaux. 
• Les télescopes : ils fonctionnent comme des appareils photo et détectent les objets qui réfléchissent la lumière du soleil. Les télescopes, eux, fonctionnent bien pour les objets à haute altitude, en orbite géostationnaire (36 000 km). En revanche, leur performance dans la détection d’un objet dépend beaucoup de sa capacité à refléter la lumière. Quatre télescopes français couvrent les trois quarts de l’orbite géostationnaire. Il y  a une trentaine de télescopes dans le monde.
• Les lasers : c’est une nouvelle technologie qui permet de faire du “tracking”, c’est-à-dire suivre et calculer l’orbite d’un objet connu avec beaucoup de précision. L’inconvénient des lasers sur Terre est que l’atmosphère les floute. Je travaille actuellement sur les lasers en orbite qui n’auraient pas ce problème. 

Quels risques représentent-ils dans l’espace et sur Terre ?

C.B. : J’identifie 4 risques :

• Le risque pour les personnes sur Terre : tout objet, jusqu’à 2000 km d’altitude, subit les effets de l’atmosphère résiduelle et est freiné. La mécanique spatiale montre que lorsqu’un objet est freiné, il descend. Tous les débris sont donc attirés dans une spirale descendante et qui accélère. Ils retombent un jour ou l’autre sur Terre. A 800 km d’altitude, cela peut prendre deux siècles. Quand ces objets pénètrent dans l’atmosphère, ils commencent à se fragmenter. Les objets fondent aussi dans leur chute, ils se vaporisent. Sauf ce qui ne se vaporise pas comme le titane ou le carbone ! On estime que 10 à 30% de la masse d’un objet orbital survit à sa rentrée dans l’atmosphère. Certains objets impactent donc la surface de la Terre. Seulement 3% de celle-ci sont densément peuplés. Jusqu’ici, il y a eu 25 000 entrées d’objets orbitaux et aucune victime. Comme une épée de Damoclès, on a 8800 tonnes au-dessus de nous qui vont tomber on ne sait pas où, on ne sait pas quand. Par exemple, on a récupéré un réservoir en titane de 50 kg dans le jardin d’une Ougandaise. On a eu de la chance jusqu’ici mais il est fondamental de contrôler les rentrées à l’avenir.
• Le risque de collision en orbite : un objet de 2 ou 3 mm peut détruire un satellite. Un objet d’un millimètre a l’énergie d’une boule de bowling lancée à 100 km/h. S’il tombe sur l’ordinateur de bord, la mission est finie. A partir de 1 cm, le satellite est mort. A partir de 5-10 cm, non seulement le satellite est mort mais il a fait des petits : il s’est fragmenté en centaines de débris qui représentent un danger à leur tour. Par exemple, la collision entre les deux satellites Iridium 33 et Kosmos 2251 a généré 4000 gros débris. C’est ce que l’on appelle le syndrome de Kessler : développée par Donald Kessler en 1978, cette théorie montre qu’à partir d’un certain volume de débris dans l’espace, les collisions entre débris sont si fréquentes que le nombre de débris augmente exponentiellement. Donc les deux problèmes principaux des collisions sont que les débris tuent des satellites actifs et qu’ils entretiennent la population de débris.
• Le risque pour les astronautes : les astronautes sont relativement bas, à 420 km d’altitude. Là, il y a encore suffisamment d’atmosphère résiduelle pour nettoyer les orbites. Il y a moins de risques qu’ailleurs mais les conséquences d’une collision seraient catastrophiques. Nous avons calculé que la probabilité de perdre un astronaute est d’une chance sur 60 par mission spatiale. Maintenant avec les méga constellations, ce risque est multiplié par un facteur 10. 
• La gêne pour les astronomes : les astronomes qui observent le ciel sont gênés par les satellites ou les débris qui reflètent la lumière du soleil. Par exemple, le télescope de l’observatoire de Vera C. Rubin est très sensible et a un large champ. Il a pour objectif de réaliser un relevé de l’univers. Le télescope détecte tout ce qui passe devant, dont les dizaines de milliers d’objets orbitaux. 

Comment limiter la prolifération de débris spatiaux à l’avenir ? 

C. B. : Il est impératif de limiter la prolifération de nouveaux débris. Au niveau international, c’est l’Inter Agency Debris Coordination (IADC) qui établit les recommandations. Cette agence que je surnomme “le club des pollueurs” regroupe les 13 principales agences spatiales capables de générer des débris spatiaux. Ils ont travaillé sur des règles générales internationales qui sont sorties en 2002. Le Comité spatial de l’ONU a repris ces règles dans une résolution en 2007. L’International Standardisation Organisation (ISO) a finalement repris ces recommandations dans une norme ISO 24113, révisée en 2019. Ces 5 règles sont :

• Interdiction de générer volontairement des débris
• Éviter l’explosion en orbite
• Interdiction de rester plus de 25 ans en orbite
• Eviter au maximum les collisions
• Protection des populations au sol

Au niveau étatique, plusieurs pays ont établi des standards nationaux. La France est le seul pays à s’être doté d’une loi spatiale, en 2008. Il n’existe pas de traité international contraignant encadrant la prolifération des débris spatiaux. Ce traité international contraignant n’est pas pour demain même en passant par l’ONU et c’est très difficile d’obtenir un consensus avec des pays comme la Chine ou la Russie. De plus, il faudrait créer une sorte de “policier de l’espace” et aucun pays n’accepterait de se soumettre à ces policiers. Pour l’instant, tout ce qui est contraignant se fait au niveau national.

Comment nettoyer l’espace ? Faut-il créer le métier d’éboueur de l’espace ? 

C. B. : Moi, j’y crois ! Car si on ne développe pas ce métier, on est fichus. En même temps que l’on limite la prolifération des débris, il faut nettoyer l’espace. Prenez la zone des 760-820 km : il n’y a quasiment plus que des déchets, on ne peut plus rien y lancer. Pour maintenir la population de déchets et éviter les collisions, il faudrait retirer 10 gros débris par an. Pour cela, on envoie un chasseur qui va désorbiter le débris selon différentes techniques : bras robotique, filets, harpons, en soufflant avec un propulseur électrique ou en l’attirant par une force électrostatique.

Cette activité d’éboueur soulèverait beaucoup de questions. Juridiques d’abord : la réglementation spatiale stipule que l’on a pas le droit de toucher un débris qui n’est pas à nous. Chaque objet qui est lancé dépend des états de lancement des différents pays qui l’ont produit, assemblé, lancé. Si on désorbite un débris qui ne nous appartient pas et que celui-ci vient percuter un satellite, qui sera responsable ? Autre question, celle des coûts : désorbiter un gros débris est très cher. Par exemple, la start up ClearSpace qui prépare la première mission de désorbitage d’un débris de 120 kg a chiffré le projet à 80 millions. Qui va payer pour nettoyer l’espace ? 

Il y a une solution prometteuse pour pallier ce problème sur laquelle l’Agence Spatiale Européenne (ESA) travaille actuellement. Il s’agirait de coupler l’activité de nettoyage à une autre activité. Les satellites IOS (In Service Orbiting) sont comme les camionnettes de dépannage de l’espace : ils remplissent, réparent et déplacent les satellites. Au moment de mourir, ces satellites IOS emporteraient un débris avec eux. La mission de désorbitation devient marginale et donc bien moins chère. Pour régler le problème juridique, une solution serait que le satellite IOS dépende des états de lancement de toutes les principales agences spatiales. Ainsi, il serait autorisé à désorbiter tous les débris. 

Pour en savoir plus sur : la problématique des débris spatiaux

Photo de la NASA sur Unsplash