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    Les débris spatiaux s'incrustent  
    Charles Foucault - Air & Cosmos, no. 2334 - 2012-11-09      
    De nombreuses technologies pour désorbiter les satellites en fin de vie existent. Mais l'absence de modèle économique freine leur développement.  
    Le 31 octobre et le 1er novembre, deux événements en lien avec les 20'000 débris spatiaux qui orbitent autour de la Terre ont eu lieu. A quelques heures d'intervalle, la station spatiale internationale a esquivé un fragment du satellite Iridium 33, détruit lors d'une collision en 2009, puis deux des astronautes ont réalisé une sortie extravéhiculaire afin d'aller réparer une fuite sur un radiateur extérieur, sans doute troué lors de la rencontre avec un petit débris. Les satellites sont conçus pour résister aux impacts des plus petits objets. Pour les plus gros, des modèles mathématiques prévoient les manœuvres d'évitement. Mais avec la multiplication des débris, la désorbitation volontaire, vers l'atmosphère ou une orbite poubelle, devient incontournable.  
   

La surpopulation des débris spatiaux en orbite basse est parfaitement simulée par cette infographie

 
    Les étages supérieurs de lanceurs sont de gros générateurs de déchets. Lorsque des ergols restent à l'intérieur, ceux-ci chauffent, jusqu'à explosion. "Il y a eu 160 explosions de ce type à ce jour, puis est arrivée la passivation", explique Christophe Bonnal, expert à la direction des lanceurs du Cnes et président de la commission débris de l'Académie internationale d'astronautique. Cette méthode consiste à vider les ergols, à se débarrasser de la batterie et à arrêter la roue à inertie une fois la charge utile libérée. Seules deux explosions ont eu lieu en 2011. La deuxième cause de multiplications des débris est... la rencontre entre débris. A tel point que, comme l'avait prédit Kessler dès 1978, même si on arrête de lancer des satellites, le nombre d'objets orbitaux entre 800 et 1'000 km croîtra exponentiellement. "D'après les résultats de la majorité de la communauté internationale, pour que la population diminue, il faut aller chercher entre cinq et dix objets par an entre 700 et 1'200 km d'altitude", affirme Christophe Bonnal.  
   

Mode de financement à trouver

 
    L'ESA s'intéresse à l'enlèvement actif de débris, mais on reste au stade des études pour le moment, complète Nicolas Bobrinsky, responsable du programme SSA (Space Situational Awareness). Il peut y avoir un marché demain si la question du financement est résolue. Agences spatiales et entreprises privées rechignent donc à investir dans le développement des bennes à ordures de l'espace. Une solution pourrait résider dans la mise en place à l'échelle internationale d'une taxe à chaque lancement de satellite. Un minichasseur, voire plusieurs, pourrait aussi être embarqué en piggyback à chaque lancement. Un gros chasseur avec lancement dédié est aussi à l'étude, basé sur les technologies développées pour l'ATV. Une telle solution ne serait toutefois rentable que si elle était en mesure de désorbiter plusieurs débris. Autre bémol : lorsque le cargo européen s'amarre à l'ISS, la station spatiale est coopérante. Ce qui n'est pas le cas du débris qui ne présente pas de port d'attache et est bien souvent en rotation. Sont donc encore à développer les capteurs et l'interface permettant au chasseur d'attraper le débris, ainsi que le système de communication pour guider la manœuvre depuis le sol si nécessaire.  
    Pour saisir le débris, plusieurs solutions techniques sont à l'étude. Le Cnes s'est associé à l'agence spatiale canadienne, à l'origine du Canadarm de l'ISS, dans l'étude d'un bras robotique. Des interfaces plus souples sont également envisagées : sac ou filet, harpon, pince à sucre, systèmes imitant le principe des "bolas", du papier tue-mouches, du lasso... Venir coller une poignée à la surface de l'objet pour en faciliter la saisie, ou tout simplement un parachute ou un airbag pour en freiner la course sont d'autres idées avancées. Le 7e programme-cadre européen finance, depuis 2010 et jusqu'à 2013, le projet BETs (Bare Electrodynamical Tethers) emmené par l'Université polytechnique de Madrid. Impliquant six autres participants, dont l'Onera, il consiste à placer un càble dit électrodynamique sous le débris. Des électrons pulsés à son extrémité (orientée vers le centre de la Terre par gravité) sont attirés par l'ancrage du câble, sous le satellite à désorbiter, En traversant les lignes de champ magnétique de la Terre, ce câble traversé par un courant électrique subit une force électromagnétique (force de Laplace). Le débris est ainsi freiné.  
   

Le deuxième générateur de débris est… la rencontre entre débris

 
    Ces solutions peuvent paraitre fantasques, mais elles permettent toutes de capturer et de ralentir un débris afin de le désorbiter, Et c'est sans compter les technologies ne nécessitant pas de contact direct avec les objets. Dès la fin des années 1990, la Nasa avait imaginé le système Orion : un laser qui, depuis le sol, déséquilibrerait par ablation de matière les débris en orbite basse, les forçant à rentrer dans l'atmosphère. Si un impact laser peut ralentir un objet d'1 mm par seconde, ce n'est pas suffisant pour désorbiter ceux de plus de 10 cm, cibles principales de la chasse aux débris spatiaux. Une autre solution consiste à placer un propulseur ionique devant le débris et de voler de concert avec lui le temps de le freiner. Le Cnes a imaginé utiliser le propulseur à effet Hall PPS-1350 de la Snecma dans cette optique. De son côté, l'ESA a mené une étude préliminaire sur l'utilisation d'un "tracteur électrostatique" pour changer l'orbite d'un astéroïde. La même technologie pourrait servir pour les débris spatiaux. Grâce à un canon à électron, le chasseur polarise négativement le débris tout en devenant lui-même positif. Les deux entités s'attirent alors mutuellement. En jouant sur le flux d'électrons, elles peuvent se courir après sans jamais se toucher.  
   

Brevet de Boeing

 
    De l'autre côté de l'Atlantique, le 27 septembre dernier, le bureau américain des brevets a publié celui déposé par Boeing le 22 mars 2011. Il propose d'envoyer des réservoirs capables de vaporiser les 10 tonnes de gaz inerte qu'ils contiennent devant le débris à désorbiter, jusqu'à 600 kilomètres d'altitude. Le nuage créé se dissiperait en quelques secondes mais serait suffisamment dense pour freiner l'objet et le faire entrer dans l'atmosphère.  
    La désorbitation active des déchets spatiaux est un domaine en plein foisonnement mais qui se cherche. Et résoudre les problèmes techniques ne suffira pas. En effet, comme le souligne Christophe Bonnal, "il faut prendre garde au risque de militarisation de l'espace : si je peux aller chercher un débris à moi, je peux aussi aller chercher un non-débris à mon voisin !"  
   

Un des enjeux de la ministérielle

 
    La connaissance de la répartition des objets autour de la Terre provient principalement des Etats-Unis. Le catalogue du JFCC Space contient plus de 15'000 objets de plus de 10 centimètres en orbite basse, et de plus d'1 mètre en orbite géostationnaire. Pour se doter de son propre catalogue, l'ESA a lancé, en 2008, le programme SSA (Space Situational Awereness). Sur les 50 millions d'euros dont il fut doté, 20 millions étaient dédiés à l'observation des débris, dont la moitié pour les deux prototypes de radar : l'un en Espagne et l'autre en France. Lors de la ministérielle qui débutera le 19 novembre prochain, l'ESA espère obtenir des états membres 45 millions d'euros pour améliorer les performances de ces deux radars et développer des télescopes pour les observations au-delà de 1'000 km d'altitude.  
    La France, qui dispose déjà du radar Graves, n'est pas favorable à ce programme. Pour l'ESA, Graves, qui ne détecte que des objets de plus d'un mètre, ne présente pas une précision suffisante.  
   

 

 
       
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