Depuis le début de l’aventure astronautique en octobre 1957, la population orbitale n’a cessé de croître, tant en masse totale qu’en nombre d’objets circulant au-dessus de nos têtes. Les 36 000 gros objets orbitaux identifiés à ce jour, typiquement de plus de 10 cm, représentent quelque 9 000 tonnes. Par ailleurs, une myriade de plus petits objets additionnels n’est connue que de façon statistique (1 million de plus de 1 cm, 140 millions de plus de 1 mm, etc.). Malheureusement, on ne dénombre guère que 4 000 satellites actifs, soit environ 11 % de cette masse. Tout le reste n’est que débris spatiaux, dont plus de la moitié est constituée de gros objets intègres de plusieurs tonnes, vieux satellites ou vieux étages de lanceurs.

La population orbitale augmentait d’environ 220 nouveaux objets par an jusqu’en 2007. Depuis quinze ans, cette augmentation est de l’ordre de 1 000 nouveaux objets par an. L’avènement du New Space, associé à une démocratisation forte de l’accès à l’espace et des technologies de satellites laisse penser qu’environ 100 000 nouveaux satellites, pourraient être lancés d’ici à fin 2030. Ce changement majeur de l’utilisation de l’espace extra-atmosphérique pose de nombreuses questions quant à la pérennité des opérations en orbite. Car ces débris soulèvent d’importants problèmes.

On retrouve souvent sur Terre des objets de plusieurs centaines de kilos, revenus aléatoirement.

Ils sont une gêne significative pour les astronomes, perturbant les observations tant optiques que radio. Ils présentent également un risque vis-à-vis des populations au sol lors des rentrées atmosphériques. En effet, tout objet en orbite basse suit une spirale d’altitude décroissante et finit par revenir sur Terre. Si la majorité des matériaux fondent lors de ces rentrées, il en subsiste tout de même environ 20 % en masse qui percutent la surface du globe et peuvent potentiellement faire des victimes au sol. Ainsi, il est fréquent de retrouver sur Terre des objets de plusieurs dizaines voire centaines de kilos revenus aléatoirement.

Syndrome de Kessler

Surtout, ces objets se reproduisent rapidement dans l’espace par collisions mutuelles. Le choc de deux objets en orbite engendre des effets proportionnels à la taille des débris impactants. Un petit débris centimétrique peut tuer un satellite et on note à ce jour une douzaine d’accidents de ce type chaque année. Si les débris sont plus gros, ils peuvent pulvériser le satellite et générer plusieurs milliers de nouveaux débris qui eux-mêmes induiront un risque accru de collision orbitale, comme l’a fort bien dépeint Alfonso Cuáron dans son film Gravity (2013).

Certaines zones de l’espace, notamment entre 700 et 1 100 km d’altitude, sont tellement densément peuplées de débris qu’il s’y produit une réaction en chaîne augmentant leur nombre par collision à un rythme plus rapide que le nettoyage naturel dû au frottement atmosphérique. Dans ces régions touchées par ce que l’on appelle le « syndrome de Kessler » (du nom de l’astrophysicien qui a décrit, en 1978, ce scénario de réaction en chaîne), le nombre d’objets s’accroît de façon exponentielle, même en l’absence de toute nouvelle activité spatiale ! À titre d’exemple, la zone des orbites héliosynchrones, à 800 km d’altitude, a vu sa population multipliée par 3,5 entre 2000 et 2020, tandis que, dans cette même période, le nombre de satellites actifs y diminuait d’un facteur 3.

Laisser perdurer cette situation fait courir le risque de ne plus pouvoir utiliser ces ressources extra-atmosphériques dont nous bénéficions quotidiennement, souvent sans même nous en rendre compte : observation de la Terre (notamment face au défi environnemental), télécommunications, réaction aux catastrophes naturelles ou industrielles, télémédecine, télé-éducation, défense, modélisation en agriculture, mobilité, etc.

La communauté spatiale s’est dotée de règles de bonne conduite pour éviter une nouvelle génération de débris.

Ces applications sont stratégiques : nous ne pouvons plus vivre sans elles. Pourtant, le dépotoir extra-atmosphérique qui continue de se développer en orbite peut ralentir toute cette exploitation, y compris notre velléité à aller voir plus loin, sur d’autres lunes ou planètes. Nous nous condamnons ainsi à un immobilisme, voire une régression, dont nous sommes loin d’imaginer les conséquences.

Il faut tout d’abord préserver l’avenir en garantissant des opérations orbitales « propres ». La communauté spatiale s’est dotée d’un ensemble de règles de bonne conduite visant à éviter toute nouvelle génération de débris à l’avenir. Il convient d’éviter de relâcher des objets superflus en orbite lors du lancement de nouveaux satellites. Les fragmentations volontaires sont ainsi proscrites, notamment les essais d’armements antisatellites. Il faut également éviter l’explosion accidentelle des satellites et lanceurs en orbite en fin de mission en les « passivant », c’est-à-dire en les vidangeant à fond de tout carburant résiduel.

Tactiques d’évitement

Une règle importante a été édictée en 2002 à l’unanimité des treize entités constituant l’Inter Agency Space Debris Coordination Committee (IADC)1 : un objet ne doit pas rester en orbite plus de vingt-cinq ans après la fin de sa vie opérationnelle. Il importe par ailleurs d’éviter les collisions quand cela est faisable, c’est-à-dire quand un satellite est équipé d’une propulsion lui permettant d’infléchir son orbite si nécessaire, et lorsqu’une menace est avérée.

Enfin, il convient de minimiser le risque de victimes humaines au sol : les plus gros satellites ou étages de lanceur doivent être dirigés en fin de vie vers le sud de l’océan Pacifique, zone largement inhabitée. Ces règles sont hélas mal appliquées. À ce jour, seulement 6 % des gros satellites au-dessus de 600 km d’altitude respectent la règle des vingt-cinq ans, la France étant, en l’occurrence, le seul pays doté d’une législation dédiée (loi du 3 juin 2008 relative aux opérations spatiales).

Il est possible de blinder les satellites, mais ces boucliers sont chers et très lourds.

En principe, il est possible de blinder les satellites afin de les protéger des impacts. Mais ces boucliers sont très lourds, chers, et posent de nombreux problèmes aux satellites. En pratique, ces solutions sont réservées aux modules habités de stations spatiales. Par ailleurs, l’efficacité de ces blindages est limitée aux plus petits débris, inférieurs à 1 cm. Plusieurs études ont été menées pour tenter de recycler les débris en leur donnant une seconde vie.

Malheureusement, les opérations de recyclage sont énergivores et complexes. L’évitement de collisions suppose de mobiliser un énorme réseau de senseurs, radars, télescopes et lasers pour cataloguer les objets orbitaux en déterminant très précisément leur position. Une équipe étoffée du Centre national d’études spatiales (Cnes) de Toulouse s’y consacre en permanence. Au niveau européen existe le programme EU SST (Space Surveillance and Tracking) constitué à ce jour de sept pays et pourvu de quarante-trois senseurs. Si efficaces soient-ils pour protéger nos satellites actifs, ces dispositifs sont d’une utilité très faible pour ralentir la croissance de débris orbitaux, sachant que 80 % des collisions concernent des débris non manœuvrant.

Nettoyage orbital

Pour combattre le syndrome de Kessler, il est nécessaire d’aller désorbiter une dizaine de gros débris chaque année (en plus d’une application scrupuleuse de la réglementation en matière de non-génération de nouveaux débris). Ce « retrait actif de débris » (ADR en anglais) est à l’étude depuis une vingtaine d’années : un « chasseur » vise un « débris-cible », le maîtrise en l’accrochant au moyen d’un bras robotique ou tout autre système (pinces, harpons, filets, grappins, etc.) puis l’entraîne avec lui pour un plongeon final dans le sud de l’Océan Pacifique. De très nombreuses variantes sont à l’étude, voire en cours de démonstration au sol ou en orbite.

Un business de nettoyage orbital rentable paraît difficilement imaginable.

La première mission effective Clearspace, fruit du développement d’une startup de Lausanne, devrait avoir lieu en 2025. Elle ira chercher un débris de 120 kg et de deux mètres d’envergure, une première prise préfigurant le retrait de débris bien plus imposants. Techniquement, une telle mission s’avère redoutable car elle implique d’aller chercher, à terme, des objets de plus de cinq tonnes, tournoyant sur eux-mêmes, non coopératifs, voire potentiellement dangereux. Pourtant, les défis techniques posent moins de difficultés que les aspects légaux (assurances, dualité avec des opérations militaires), et surtout les coûts : un business de nettoyage orbital rentable paraît difficilement imaginable, même si certaines pistes en ce sens sont examinées.

En attendant, des techniques intérimaires s’élaborent depuis plusieurs années. L’évitement « juste à temps » (ou JCA, pour Just-in-time Collision Avoidance) consiste à modifier très légèrement l’orbite de l’un des objets, avec un préavis permettant de dégager une certaine marge. Ainsi, une modification de 0,5 millionième de la vitesse d’un des débris 24 heures avant l’impact annoncé permet de dégager une marge de 1 km ou plus.

Diverses technologies sont envisagées à cette fin, comme l’interception de la trajectoire d’un débris par un nuage de gaz, l’utilisation d’un laser orbital, ou l’action de plusieurs très petits satellites (cubesats) pour déplacer, le cas échéant, un gros objet orbital. C’est une action fondamentalement nécessaire et urgente si l’on considère que, tous les mois, deux objets de plus de cinq tonnes passent à moins de 100 mètres l’un de l’autre, à 50 000 km/h de vitesse relative.

Est-il encore temps de « sauver » nos orbites basses ? La réponse ne va pas de soi. Pour cela il faudrait réguler l’envoi de nouveaux satellites en orbite, garantir que ceux-ci n’y explosent pas et retournent sur Terre dès l’achèvement de leur mission, améliorer nos évitements de collision grâce à de nouveaux senseurs toujours plus précis, et surtout retirer d’orbite les plus gros débris, sources de nouveaux objets capables de tuer nos satellites les plus précieux. La pérennité de nos opérations spatiales est à ce prix.