10617 lectures / 6 commentaires12/07/2005, 16:46

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L’espace, bientôt aussi pollué que la Terre ? La pollution orbitale est une réalité : le nombre de « déchets » spatiaux qui circulent autour de la Terre est croissant et appelle à un « nettoyage » de l’espace.
Le projet de Christophe Bonnal (Direction des Lanceurs du CNES) propose une technique originale de désorbitation des débris spatiaux et s’inscrit ainsi dans une optique de développement durable.

C’est l’importance croissante de la pollution orbitale qui a donné à Christophe Bonnal l’idée d’un nouveau système de nettoyage des orbites basses par la désorbitation de débris spatiaux.
Son projet a pour objectif de rendre l’espace plus propre pour l’avenir : la politique de développement durable dépasse ici les limites terrestres !
En effet l’accumulation de déchets spatiaux, essentiellement constitués des étages supérieurs d’anciens lanceurs et de satellites en fin de vie, n’est pas à négliger : la pollution orbitale est exponentielle.

Les collisions fréquentes de ces gros débris multiplient d’ailleurs le nombre d’éléments « inutiles » qui encombrent l’espace. Christophe Bonnal assure même que « dans l’hypothèse improbable d’un arrêt des lancements, sur quelques bandes orbitales, la quantité de débris continuerait d’augmenter ! »

Sans compter que ces déchets, même petits, peuvent provoquer d’importants dégâts sur les satellites en exploitation. Les étages d'anciens lanceurs représentent la masse la plus dangereuse en orbite. Il est donc impératif de nettoyer les orbites de la Terre.

Des mesures de prévention ont été prises, comme la « Règle des 25 ans » qui limite le séjour de tout objet en orbite à 25 années.
Plusieurs solutions de désorbitation ont déjà été envisagées mais toutes posent problème quant à l’énergie à déployer.

Un système original : le satellite à câble
Christophe Bonnal s’est basé sur ce constat pour imaginer un système inédit de désorbitation des vieux étages de lanceurs. Son dispositif s’appuie sur un satellite à câble, dit « chasseur ».
Son principe est simple : le satellite chasseur est équipé d’un câble ou filin de 30 à 50 km de longueur, stocké en bobine.
Ce filin est déployé pour s’accrocher à un débris, puis lorsqu’il est coupé, par réaction, débris et chasseur s’éloignent l’un de l’autre.
Le déchet « tombe » vers l’atmosphère pour s’y désintégrer tandis que le chasseur « monte » vers un nouveau débris à désorbiter. Et ainsi de suite !

Chaque débris va donc aider le chasseur à attraper le débris suivant. L’originalité du procédé consiste en cette chasse en série qui remplace la propulsion du satellite et permet de désorbiter une cinquantaine de déchets spatiaux.

Et à ce jour, la validité de tous les aspects techniques et concepts théoriques du projet a déjà été démontrée.
Christophe Bonnal songe à l’avenir de son projet : « Pourquoi ne pas l’inscrire dans une coopération de grande ampleur afin de réaliser un satellite environnemental international ? »

Qu’entend-on par " débris spatiaux " ?
Depuis les débuts de la conquête spatiale, l'activité humaine a entraîné la production dans l'Espace d'un très grand nombre d'objets de toutes tailles. Les évaluations récentes comptabilisent ainsi environ 10 000 objets d'une taille supérieure à 10 cm, 200 000 objets entre 1 et 10 cm et 35 000 000 objets compris entre 0,1 et 1cm. Les particules d'une taille inférieure à 0,1 cm sont, bien sûr, encore plus nombreuses. Pour la plupart des tailles d'objets dans l'Espace, la pollution créée par l'Homme est maintenant devenue supérieure à l'environnement naturel dû aux météorites.

L'origine de ces objets est diverse.
- les satellites opérationnels dont le nombre est voisin de 500 et les satellites arrivés en fin de vie qui restent en orbite autour de la Terre.
- les objets mis en orbite en même temps que le satellite: dernier étage du lanceur, dispositifs de séparation, capots de protection par exemple (débris opérationnels).
- le résultat d'explosions, volontaires ou accidentelles, ayant eu lieu dans l'Espace ou bien de collisions entre objets
- le vieillissement des matériaux dans l'Espace qui entraîne aussi la production de très nombreux débris (décollement des cellules photoélectriques, effritement des couvertures de protection thermique...)

La concentration de ces débris est, bien sûr, plus élevée sur les orbites "utiles" où l'activité humaine est la plus importante : orbite géostationnaire sur laquelle se retrouvent la plupart des satellites de télécommunication, orbites basses entre 600 et 1 500 km qui correspondent à beaucoup de missions d'observation de la Terre (familles SPOT et Helios, par exemple), orbites très basses qui sont utilisées pour les missions habitées : Navette Américaine, Station Internationale...

A l'heure actuelle, il n'existe pas de solution technique permettant d'enlever les débris déjà en orbite. Le seul mécanisme de nettoyage est naturel : il est produit par l'atmosphère qui entraîne une usure des orbites, puis, à terme, la retombée sur Terre des objets. Mais ce phénomène n'existe qu'en orbite basse : déjà, à l'altitude de SPOT (800 km), la durée de vie est de l'ordre de 1 à 2 siècles. Sur les orbites plus élevées, les durées de vie se comptent en millénaires ou dizaines de millénaires. Enfin, en orbite géostationnaire, il n'y a plus de trace d'atmosphère et cette durée est sans limite à l’échelle humaine.

Ces débris représentent, bien évidemment un risque de collision pour les satellites opérationnels. En orbite, les objets sont animés de vitesses relatives qui peuvent atteindre 15 à 20 km/s. A ces vitesses, l'énergie cinétique d'une particule, même de faible taille, est considérable : actuellement, aucun blindage ne résiste à des objets ayant une taille supérieure à 1 ou 2 cm, le scaphandre d'un spationaute en sortie extra-véhiculaire est bien plus fragile. Le risque correspondant est pris en compte lors des vols de la Navette Américaine : des collisions avec des objets de faible taille ont conduit à changer plus de 60 hublots depuis le début des opérations et des manœuvres d'évitement ont été effectuées à plusieurs reprises pour réduire le risque de collision avec des objets de taille plus importante. Aujourd’hui, les objets dont la taille est comprise entre 1 et 10 cm représentent le plus grand danger : les blindages ne permettent pas de les arrêter et il n’est pas possible de les éviter car ils sont trop petits pour être suivis depuis le sol.

Les débris spatiaux représentent également un risque potentiel sur Terre : les objets en orbite basse sont freinés par les résidus d’atmosphère et finissent par retomber sur Terre. La plupart des matériaux disparaissent lors de la rentrée à cause de l’échauffement très important, mais certains éléments peuvent survivre à ces conditions et atteindre le sol.

Comme il n'existe pas de solution pour se débarrasser des débris déjà créés, les principaux acteurs du domaine spatial ont commencé à prendre des mesures préventives pour essayer de réduire la production de débris : ces mesures consistent, par exemple, à mettre sur une orbite "cimetière" les satellites géostationnaires en fin de vie de manière à libérer l'orbite utile, ou bien, à rendre inerte les étages de lanceur après leur mise en orbite pour éviter tout risque ultérieur d'explosion. Le CNES, comme d’autres agences, a développé son propre standard, qui indique les règles à appliquer pour limiter la production de débris et mieux gérer les risques.

Notes
Ce projet a été distingué en juin dernier par le Prix de l’Innovation Technologique de l’Aéro-Club de France.
Christophe Bonnal est chef de projets senior à la Direction des Lanceurs du CNES et s'occupe avec F.Alby des activités Débris Spatiaux.

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Auteur

Centre National d'Etudes Spatiales

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