Début 2007, la destruction par les Chinois d'un de leurs satellites en orbite au moyen d'un missile et l'explosion de Britz-M, le dernier étage d'une fusée russe Proton, en perdition depuis un an, ont relancé le débat sur les débris spatiaux.
Article rédigé par Jean-François Desessard.
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Le 11 janvier 2007, les Chinois, à l'aide d'un missile, parviennent à détruire "Fengyun IC", un de leurs satellites en panne qui orbite à une altitude d'environ 800 kilomètres. Le 19 février, c'est au tour de l'étage supérieur, le Briz-M, d'une fusée russe Proton, en perdition autour de la Terre depuis un an, d'exploser accidentellement. Résultat : ces deux évènements génèrent une multitude de débris spatiaux qui viennent grossir le nombre de ces derniers estimés aujourd'hui à 12.000, du moins pour les objets dont la taille dépasse les 10 centimètres. Empreintes des activités humaines dans l'espace, dont on célèbre cette année le cinquantenaire, ces débris spatiaux, en raison du risque potentiel qu'ils représentent pour les satellites, voire l'ISS, préoccupent de plus en plus les principales agences spatiales de la planète regroupées au sein de l'Inter Agency Space Debris Coordination Committee (IADC).
Le 4 octobre 1957, les Soviétiques ouvraient l'ère de la conquête spatiale avec le lancement du premier satellite artificiel, Spoutnik. Depuis, plus de 4.000 engins ont pris la direction de l'espace, beaucoup de satellites placés sur orbite, mais aussi des étages de lanceurs ou encore des sondes interplanétaires. En un demi-siècle, pas moins de 20.000 tonnes de matériaux ont été mises en orbite autour de la Terre, dont 4.500 qui y sont encore. D'où des orbites progressivement de plus en plus encombrées. Ainsi, pour les seules années couvrant la période allant de 1997 à 2000, 58 satellites géostationnaires sont parvenus en fin de vie. Or seuls 36 d'entre eux ont été transférés sur des orbites dites "cimetière", dont 20 dans des conditions qui font que ces engins ne constituent plus un risque pour les autres satellites en orbite ou les vaisseaux spatiaux. En revanche, les 22 autres ont été tout bonnement abandonnés dans l'espace.
Cinquante ans de conquête spatiale
Des débris spatiaux dont le diamètre est d'au moins 10 cm, la communauté spatiale internationale en a répertorié plus de 12.000 qui orbitent aujourd'hui autour de la Terre. Mais dans la catégorie 1 à 10 cm, on en compte 200.000. Or ces derniers peuvent causer des dommages très importants lors d'une collision avec un satellite ou un vaisseau spatial. Au nombre d'environ 35 millions, les débris, dont le diamètre est compris entre 0,1 et 1 cm, peuvent également entraîner des dégâts significatifs au niveau de la structure d'engins spatiaux. D'où cette préoccupation, certes grandissante, mais qui, néanmoins, pendant longtemps, est restée à l'état d'hypothèse, réapparaissant régulièrement tel un serpent de mer. Mais en juillet 1996, l'hypothèse tant redoutée est arrivée. A cette époque, Cerise, microsatellite français de surveillance électronique, a été percuté en effet par un débris qui a sectionné son mât de gradient de gravité, le rendant ainsi hors d'usage. Or le débris en question provenait du troisième étage du lanceur Ariane qui, plus de dix ans auparavant, le 22 février 1986, avait permis la mise en orbite du premier satellite européen d'observation de la Terre, SPOT-1. Neuf mois après ce lancement, ce troisième étage avait en effet explosé, dispersant alors dans l'espace plus de 700 débris, chacun ayant environ la taille d'un poing. Depuis, d'autres collisions se sont produites et ont confirmé le risque potentiel représenté par les débris spatiaux.
Des mesures pour limiter le nombre de débris en orbite
Face à ce problème, les agences spatiales du monde entier se mobilisent de plus en plus. "La population d'objets en orbite autour de la Terre ne cessant d'augmenter, les débris spatiaux sont devenus un sujet majeur durant ces dix dernières années", déclare Fernand Alby, responsable des activités Débris spatiaux au sein du Centre national d'études spatiales (CNES). Le travail réalisé jusqu'à présent, tant dans un cadre international, qu'au niveau de chaque agence spatiale, consiste essentiellement à trouver des mesures qui permettent de faire de la prévention, autrement dit de limiter le nombre de débris en orbite. Pour cela, il existe des mesures de passivation pour les lanceurs, et des mesures de transfert en fin de vie pour les satellites.
Rappelons que dès septembre 1993, lors du vol 59 d'Ariane 4, l'étage supérieur de ce lanceur était équipé d'un système de passivation. Cette solution consiste à intercaler sur les lignes de pressurisation des vannes pyrotechniques qui permettent une mise au vide des réservoirs une fois la mission terminée. Depuis, les différentes versions du lanceur Ariane ont toutes été équipées de ce dispositif. Ajoutons que du fait de son efficacité, la communauté internationale n'a pas tardé à prôner son application systématique à tous les lanceurs spatiaux. Il est certain qu'un étage "passivé" représente un risque moins important. Il n'en reste pas moins condamné à orbiter durant une très longue période. La solution envisageable pourrait alors consister à équiper chacun de ces étages d'un dispositif de désorbitation.
De leur côté, les mesures de transfert en fin de vie appliquées aux satellites consistent, soit à faire redescendre dans l'atmosphère les satellites situés sur une orbite basse, soit à transférer sur une orbite dite "cimetière", c'est-à-dire plus élevée, ceux qui sont sur l'orbite géostationnaire.
"L'ensemble de ces mesures, qui font l'objet de discussions aux Nations unies, ont permis d'aboutir à un document qui a déjà reçu l'approbation d'une soixantaine de pays", indique cet ingénieur du CNES. Après avoir posé ces grands principes, il s'agit alors d'élaborer une réglementation technique, un travail qui est mené au niveau international dans le cadre débris spatiaux de l'Inter Agency Space Debris Coordination Committee (IADC), un comité international qui regroupe les onze principales agences spatiales. Y sont débattus en particulier tous les aspects techniques de la question, l'objectif étant de fournir une base commune utilisable ensuite par chaque agence spatiale pour élaborer sa propre réglementation. "Certes il existe un consensus sur les mesures à appliquer. Pour autant, des divergences apparaissent par exemple concernant la durée de vie acceptable des objets en orbite. Ainsi les Américains, tout comme les Européens, recommandent une durée de 25 ans alors que les Russes prônent les 50 ans, même s'ils ont fini par se ranger à l'avis de leurs partenaires de l'IADC", explique Fernand Alby.
C'est donc au niveau national, par le biais des agences spatiales, que se mettent en place des réglementations. Ainsi, aux Etats-Unis, tout opérateur qui souhaite mener des activités spatiales doit présenter désormais un dossier montrant qu'il répond à certaines exigences tant en matière de sécurité au sol que de devenir des objets mis en orbite. En Russie, tout comme en Chine, la situation est radicalement différente puisqu'il n'existe pas d'opérateur privé, l'activité spatiale, essentiellement nationale, étant sous la responsabilité soit de l'agence spatiale fédérale, Roscosmos, soit des militaires. "En France, une loi sur l'espace et son utilisation est en préparation. Elle permettra à l'Etat de disposer enfin de mécanismes juridiques grâce auxquels un contrôle efficace, via l'application d'une réglementation, pourra être exercé sur les opérateurs privés".
Surveiller les débris spatiaux pour mieux les éviter
Mais au-delà de la mise en place de ces différentes réglementations au niveau national reposant sur un consensus international quant aux mesures à prendre pour limiter la multiplication des débris spatiaux, il est néanmoins indispensable de surveiller ces derniers afin d'éviter de possibles collisions.
Attention, n'allez pas croire que ce risque est très élevé, mais il ne doit surtout pas être négligé. Ainsi, il faut savoir que seule une dizaine d'objets d'au moins 10 cm de diamètre orbitant autour de la Terre sont simultanément au-dessus de la France. "Nous avons constaté que tous les quinze jours, un objet passe à moins de 1 500 m de chacun des satellites d'observation de la famille Spot", précise Fernand Alby. D'où la nécessité de disposer en permanence des données nécessaires pour effectuer, s'il le faut, des manoeuvres d'évitement. Au CNES, le seuil a été fixé à 10-3, soit 1 sur 1.000.
Aujourd'hui, la principale source d'information est américaine, qui plus est militaire. Il s'agit en effet du Space Surveillance Network (SSN) qui dispose de différents moyens d'observation - radars pour les orbites basses et télescopes pour les orbites géostationnaires - hérités des systèmes de détection de missiles et de satellites espions développés en pleine guerre froide. Environ 12.000 objets sont ainsi catalogués. Bien que ces données soient évidemment disponibles sous une forme "dégradée", c'est-à-dire relativement imprécises, les agences spatiales comme le CNES les utilisent pour effectuer un premier filtrage. "En cas de risque potentiel avéré de collision pour un satellite, nous faisons alors appel à des mesures radars fournies par des moyens militaires français qui nous permettent d'affiner la trajectoire du débris. Possédant cette dernière et celle de notre satellite, nous pouvons enfin soit lever l'alerte, soit confirmer le risque."
Face au SSN américain, et au système de surveillance russe, dont les données néanmoins ne sont pas diffusées via Internet, l'Europe ne possède pas un système spécifique équivalent. Aussi, les différentes agences spatiales et les militaires ont développé divers équipements radar et optiques. Ainsi, depuis le début 2007, la France dispose de Graves (Grand Réseau Adapté à la VEille Spatiales), un prototype de radar grâce auquel est assurée la surveillance des orbites basses. De leur côté, les Allemands possèdent Tira, un radar installé près de Bonn, capable de détecter et d'analyser des objets d'un diamètre de 2 cm orbitant à 1.000 km d'altitude. Associé au télescope de l'Institut Max Planck, cet instrument permet l'observation d'objets dont le diamètre n'est que de 9 mm. D'autres pays européens abritent des instruments radar ou optiques pouvant servir à la surveillance des débris spatiaux, notamment le Royaume-Uni, mais aussi l'Italie qui dispose du radar Meteor et les pays scandinaves qui possèdent le radar Eiscat.
Concernant la surveillance des débris spatiaux encombrant l'orbite géostationnaire, l'Europe, via l'ESA et le CNES, dispose de plusieurs télescopes. "Installé à l'observatoire de la Côte d'Azur, le télescope TAROT (Télescope à Action Rapide pour les Objets Transitoires) du CNRS nous permet de détecter, de poursuivre et de cataloguer des objets d'environ 1 mètre de diamètre en orbite géostationnaire. Ce dispositif que nous avons développé devrait être opérationnel d'ici deux ans", précise Fernand Alby. Il faut ajouter à cela les moyens de mesure in situ conçus par l'Europe comme "Gorid". Embarqué à bord d'Express 2, le satellite géostationnaire russe, cet instrument permet de mesurer les électrons et les ions générés par l'impact des particules rencontrées sur cette orbite et de détecter notamment les microdébris. Des particules d'oxyde d'aluminium produites lors de la combustion des moteurs d'apogée à poudre auraient ainsi été repérées sur cette orbite. Debie, un autre instrument de l'ESA, permet quant à lui d'effectuer des mesures du plasma émis lors d'impacts de débris submillimétriques. Il est alors possible de dresser une classification de ces derniers en fonction de leur vitesse d'impact.
Prendre des mesures pour limiter le nombre de débris spatiaux en orbite et surveiller l'espace afin d'effectuer d'éventuelles manoeuvres et éviter des collisions, telles sont les solutions actuelles les plus réalistes. Car quant à imaginer de "nettoyer" les orbites, comme certains médias l'ont évoqué sans doute un peu vite, la question ne se pose même pas parmi les spécialistes, du moins pour les prochaines décennies. Car, quand bien même des technologies seraient-elles disponibles à un horizon plus ou moins lointain, encore faudrait-il que ces opérations soient économiquement viables.
