Débris spatiaux, l'espace de la défense en jeu

fiche synthétique réalisée dans le cadre de mon stage

JUIN 2007

Depuis 1957, année du lancement du 1^er satellite artificiel Spoutnik et début de l’âge spatial, ce ne sont pas moins de 4300 missions que les nations du globe ont effectuées. Mais ce sont également plusieurs dizaines de milliers de débris qui ont été abandonnés ou perdus, et qui gravitent aujourd’hui en orbite. Il y aurait entre 11.000 et 13.000 objets de plus de 10 cm catalogués par les laboratoires de la Nasa, de l’ESA ou d’autres agences spatiales. Et pour les objets de taille comprise entre 1 et 10 cm, leur nombre s’élèverait à plus de 100.000.

D’où viennent les débris :

L’origine des débris est variée : satellites hors d’usage, étages des lanceurs, fragments issus d’engins spatiaux, pièces métalliques, outils perdus lors de sorties dans l’espace ou simples taches de peinture. Leurs origines sont aussi nombreuses que les risques qu’ils présentent. Quant à leur naissance, elle est soit accidentelle (collision, réentrée dans l’atmosphère mal contrôlée) soit provoquée : lors du test de missile antisatellite chinois et la destruction du satellite météorologique hors d’usage FY-1C qui a suivi, ce sont plus de 1600 débris identifiés qui se sont ajoutés à la liste (soit une augmentation de 10%)

Quels risques :

Les débris spatiaux voyagent à une vitesse estimée entre 7 et 10 km/s[1]. A cette vitesse, une collision entre un engin spatial et un débris, même de taille infime, occasionne des dégâts très importants au vu de l’énergie cinétique emmagasinée. La plus grande partie des débris demeure à moins de 2500 km de la surface de la Terre, avec des concentrations particulières aux altitudes 800, 1000 et 1500 km, altitudes dites « Low Earth Orbit », où l’on trouve des satellites d’observation (Landsat) ou des satellites gérant la téléphonie (Iridium, Globalstar). Les risques de collisions sont donc réels : selon les experts de l’European Space Agency (ESA), pour un satellite placé à une orbite de 600 km et dont la surface serait de 100 m², la durée moyenne d’avant impact est de 15.000 ans. Mais ramenée à tous les satellites en orbite, cette durée est de l’ordre de 10 ans. La première collision vérifiée s’est produite en 1996, entre un débris catalogué et le satellite de surveillance français Cerise.

L’augmentation significative du nombre d’objets en orbite est de nature à augmenter ces accidents. Donald J. Kessler, consultant pour la NASA, émit l’hypothèse[2] que le volume des débris spatiaux pourrait atteindre un seuil au-dessus duquel les objets en orbite seraient fréquemment heurtés, augmentant ainsi le nombre de débris de manière exponentielle. A terme cela pourrait rendre l’exploration spatiale impossible.

Maîtriser les risques :

A la lumière des dangers existants, les agences spatiales et les industriels ont mis en place de nombreuses mesures afin de limiter les risques encourus.

Moyens institutionnels

Agences Spatiales

Les grandes agences spatiales (Nasa, CNES, JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), ISRO (Indian Space Research Organisation) ou encore l’agence spatiale russe ROSCOSMOS) établissent des codes de conduite lors du design et de la conception de leurs engins spatiaux afin de limiter la croissance du volume des débris. Les industriels procèdent de la même façon, mais de manière volontaire. Les matériaux choisis, le nombre de pièces fixes utilisées, tous ces éléments entrent en compte

Le Comité de Coordination Inter-Agences pour les Débris Spatiaux (IADC)[3]

Cet organisme, fruit de la collaboration entre les agences spatiales, est un forum mondial dont le but est de favoriser les échanges entre agences, de faciliter la coopération sur le sujet des débris et d’identifier d’éventuelles solutions. En février 2007, le Sous-Comité Scientifique et Technique du comité des Nations-Unis pour un Usage Pacifique de l’Espace (COPUOS), dépendant lui-même de l’UNOOSA (United Nations Office for Outer Space Affairs[4]) adopte un code de conduite visant à limiter et réduire le volume de débris : les propositions[5] sont les suivantes :

· Limiter la dispersion de débris lors d’opérations normales,

· Minimiser les risques de casse lors des phases opérationnelles,

· Limiter la probabilité de collision accidentelle en orbite,

· Eviter les destructions intentionnelles et les activités à risques,

· Minimiser le risque de dommages post-mission dus aux sources d’énergies embarquées,

· Limiter dans le temps la présence d’engins spatiaux dans l’orbite basse terrestre après la fin de la mission,

· Limiter les interférences à long terme des engins spatiaux avec l’orbite géostationnaire.

Moyens techniques

La prévention par la technologie

Les débris inférieurs à 1mm de diamètre sont généralement inoffensifs. Un blindage type Whipple (plusieurs couches de bouclier entre lesquels s’intercale du vide) est suffisant pour protéger les engins[6]. Les portions sensibles de l’ISS sont dotées de ce bouclier. Mais ce dernier n’est pas compatible avec tous les engins.

Le moyen le plus simple de prévenir les accidents est encore d’éviter toutes collisions entre débris et véhicules. Grâce aux bases de données disponibles (comme le DISCOS) et des modèles statistiques préétablis, il est possible de prédire les collisions éventuelles. Couplé à l’utilisation de logiciels informatiques (Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis –DRAMA- ou le Debris Assessment Software –DAS-) le calcul d’une trajectoire optimale est facilement effectué.

Dans le cas où une collision future serait détectée, les engins peuvent modifier temporairement leur trajectoire. En effet, ces derniers sont très souvent dotés d’une réserve de carburant leur permettant d’effectuer des manœuvres d’évitements durant leur mission.

La surveillance du ciel reste bien sûr une priorité. De nombreux radars et télescopes sont dédiés à cette activité. En Europe, l’Allemagne opère un télescope dans les îles Canaries, et aux Etats-Unis, le radar Haystack dans l’état du Massachusetts occupe une fonction similaire.

Eliminer les sources du danger

Depuis plusieurs années, les agences spatiales et les industriels, conscients du danger que représentent les restes de leurs engins en orbite, mettent en œuvre des méthodes de rapatriement. En effet, lors de la rentrée dans l’atmosphère, les débris sont consumés par la chaleur dégagée.

A une altitude de 600 km, quelques années suffisent pour une rentrée effectuée grâce à l’attraction terrestre. A 1000 km, le délai est d’au minimum un siècle. On cherche alors à accélérer le retour dans l’atmosphère, soit par une modification de la trajectoire (comme décrit précédemment) soit par des collisions contrôlées. Mais cette dernière méthode n’est pas sans risque.

Pour terminer, un nouvel élément fait son apparition : depuis peu les scientifiques observent que le réchauffement climatique, par l’augmentation de la teneur en CO² qu’il entraine dans la thermosphère, diminue la densité atmosphérique. Les satellites en usage voient alors leur durée de vie se prolonger. Mais la même chose est vraie pour les débris orbitaux.

---

[1] Estimation du Programme des Débris Orbitaux de la NASA (http://www.orbitaldebris.jsc.nasa.gov/faqs.html#7)

[2] Donald J. Kessler : “Collisional Cascading : the limits of population growth in low-orbit”, NASA, 2001

[3] http://www.iadc-online.org

[4] http://www.unoosa.org

[5] “Orbital Debris Quarterly News”, vol 11 issue 2, avril 2007

[6] Hypervelocity Impact Technology Facility, Nasa : http://hitf.jsc.nasa.gov