JOURNAL ASMAC No 5 - octobre 2020

Point de mire
Dans l’après-midi du 10 février
2009, à environ 800 km audessus
de la Sibérie, le satellite
de téléphonie en activité
Iridium 33 a heurté l’ancien satellite de
télécommunication Cosmos 2251. La collision
s’est produite à une vitesse de
11,7 km/s et a provoqué un nuage de débris
composé de plus de 2000 fragments
de plus de 10 cm. En l’espace de quelques
mois, ces débris se sont disséminés sur
une grande région orbitale et menacent
depuis lors de heurter d’autres satellites
opérationnels.
Cet accident a été un signal d’alarme
pour tous les opérateurs de satellites, mais
aussi pour les milieux politiques. La problématique
de ce que l’on appelle les débris
spatiaux, c’est-à-dire d’anciens objets
artificiels polluant l’espace, a atteint une
nouvelle dimension. Cela fait bientôt
50 ans que les experts et agences spatiales
se penchent sur la question. La recherche
suisse fournit des bases scientifiques et
empiriques pour les modèles et mesures
visant à stabiliser le nombre d’objets dans
le but d’assurer une utilisation sûre et durable
de l’espace à l’avenir.
Principalement des déchets
dans l’espace
Depuis le lancement du premier satellite
artificiel Spoutnik 1 le 4 octobre 1957, l’astronautique
a inévitablement laissé des
déchets en orbite basse. A chaque lancement,
la charge utile active ne représente
qu’une petite partie de la charge globale
envoyée dans l’espace. Souvent, une
grande partie de la masse se transforme
très rapidement en débris spatial, par
exemple l’étage supérieur d’un lanceur
que l’on abandonne sur une orbite terrestre.
A la fin de sa vie, la charge utile initiale
se transformera aussi en débris spatial
si elle reste en orbite. Rien d’étonnant
donc que les environ 2500 satellites actifs
représentent actuellement moins de 10%
du nombre total d’objets artificiels de plus
de 10 centimètres identifiés dans l’espace.
La plupart des débris avec des diamètres
de plus de quelques centimètres
sont des fragments provoqués par des explosions
ou collisions dans l’espace. A ce
jour, plus de 300 évènements de ce type
sont survenus. Parmi ceux-ci également
des explosions d’étages supérieurs de lanceurs,
de moteurs auxiliaires et même de
satellites. Elles peuvent se produire par
exemple si des résidus de carburant s’enflamment
après plusieurs années ou si des
batteries dans des satellites morts sont
surchargées et se désintègrent.
Les orbites d’environ 25 000 objets
sont connues
Pour mieux comprendre la population actuelle
des débris spatiaux, il faut procéder
à de fastidieuses observations au moyen
d’installations radar et de télescopes optiques.
Ces mesures permettent de suivre
régulièrement les objets de grande taille et
de déterminer leurs orbites. Aujourd’hui,
nous connaissons les orbites d’environ
25 000 objets à des altitudes de 300 à
40 000 kilomètres. Quant aux objets de
moins de 10 centimètres, on ne dispose
que d’indications statistiques. Les mesures
indiquent un nombre total d’environ
900 000 débris spatiaux d’une taille de 1 à
10 centimètres. Même si ces pièces sont
petites, elles ne sont pas inoffensives: une
collision avec une pièce de 1 centimètre de
diamètre libère l’équivalent énergétique
d’une grenade.
Dans certaines orbites, le risque de
collision atteint déjà aujourd’hui un tel niveau
que les satellites actifs doivent régulièrement
faire des manœuvres pour éviter
les débris. L’Agence spatiale européenne
(ESA) traite chaque semaine environ deux
alertes anticollision pour chaque satellite
de sa flotte. Elle réalise donc des dizaines
de manœuvres d’évitement par année. Cela
permet certes d’éviter les collisions avec
des objets dépassant la taille d’environ
10 centimètres susceptibles de détruire en-
tièrement les satellites et provoquer d’innombrables
fragments, mais pas les impacts
«mortels» de plus petits objets dont
nous ne connaissons pas l’orbite. Pour les
exploitants de satellites, le risque pour la
mission n’est que marginalement réduit,
mais – et c’est décisif – on évite l’apparition
d’autres débris qui pourraient entrer en
collision avec d’autres objets et ainsi provoquer
une réaction en chaîne dévastatrice.
Ce phénomène appelé «syndrome de
Kessler», du nom de Donald Kessler qui a
été le premier à le décrire en 1978, reste une
réalité, étant donné que nous ne pouvons
actuellement pas éviter les collisions entre
de plus gros débris.
Aujourd’hui, la situation est aggravée
par la forte augmentation des petits satellites.
Ainsi, l’entreprise SpaceX lance actuellement
plus de 60 satellites par mois.
L’objectif est d’établir une constellation de
plus de 1500 satellites pour proposer un
internet rapide dans le monde entier.
D’autres constellations avec plusieurs
dizaines de milliers de satellites sont en
préparation. La miniaturisation et les économies
ainsi réalisées pour les frais de lancement
ont d’ailleurs aussi permis à des
entreprises et universités suisses de lancer
leurs propres petits satellites dans l’espace.
A la recherche de débris
A l’Institut d’astronomie de l’Université de
Berne, nous cherchons des débris spatiaux
au moyen de télescopes situés au Swiss
Optical Ground Station and Geodynamics
Observatory à Zimmerwald près de Berne
et d’un télescope de l’ESA installé à Ténériffe
en Espagne pour mieux comprendre
la population actuelle (nombre, taille,
types d’objets, orbites, etc.). Nous nous
concentrons sur les débris spatiaux de petite
taille sur des orbites terrestres hautes.
Outre les orbites des satellites de navigation
(à une altitude d’environ 20 000 km),
la région de l’anneau géostationnaire à
36 000 kilomètres d’altitude est examinée
en détail. Les satellites s’y trouvent sur un
point fixe au-dessus de l’équateur et observent
constamment la même partie de la
surface terrestre (satellites météorologiques)
ou envoient en permanence des
signaux sur la même région (satellites de
communication). L’orbite géostationnaire
est fortement sollicitée, mais l’espace disponible
est limité, ce qui peut provoquer
des tensions entre les exploitants de satellites
voire même entre les Etats.
Au cours des 20 dernières années,
nous avons découvert d’innombrables débris
à l’aide de ces mesures, dont une nou-
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