Débris spatial - Définition

Introduction

Un débris spatial, dans le domaine de l'astronautique, est l'objet résiduaire d'une mission spatiale, se trouvant sur orbite. Le terme correspondant en anglais est space debris.

La taille de ces débris peut varier de quelques millimètres à la taille d'un bus; les plus gros d'entre eux sont des morceaux de lanceurs spatiaux, des satellites inutilisés. Les débris plus petits sont de tailles variables et peuvent provenir de pièces détachées de ces plus gros morceaux (parfois à la suite de leur explosion).

Ces débris présentent un danger pour les satellites en orbite et un risque de retombée au sol. En effet, ils vont à une grande vitesse et l'impact d'un débris, même petit, sur un satellite peut entraîner de gros dégâts; des satellites, les navettes américaines ou des stations spatiales comme Mir ou la Station Spatiale Internationale ont déjà dû et devront être changés de trajectoire pour les éviter. Les navettes spatiales, doivent, de plus, changer un ou deux de leurs huit hublots après chaque mission. Les temps de vie de ces débris sont également très différents, de l'ordre d'un an, d'une dizaine d'années ou même de siècles pour les orbites les plus hautes. Leur nombre, en constante augmentation, est donc préoccupant et c'est pour cette raison que différents organismes tentent de les répertorier.

Origine des débris

Répartition des débris selon leur origine.

Depuis Spoutnik 1, lancé le 4 octobre 1957, plus de 5 000 engins ont été expédiés dans l'espace par les diverses nations de la planète. Il s'agit autant de satellites placés sur l'une ou l'autre orbite terrestre (environ 4 800 en 2007) que de sondes qui ont quitté l'environnement immédiat de la Terre pour explorer la Lune ou les autres planètes. Lors de chacune de ces missions, un grand nombre de débris spatiaux sont générés.

Ces débris sont de différentes origines : les gros débris proviennent du lanceur lui-même, en général les derniers étages des fusées servant à placer en orbite les satellites. Les satellites ont souvent été abandonnés après leur panne ou leur mise à la retraite; en 2007, il était estimé que plus des trois quarts des 2 400 satellites encore en orbite n'étaient plus utilisés. Ce chiffre pourrait cependant être à réviser, car certains satellites espions seraient répertoriés en tant que débris spatiaux, mais dans ce cas, seraient tout de même contrôlés.

Si l'on s'intéresse maintenant aux débris plus petits, de l'ordre du centimètre, on arrive déjà à plus de 200 000 objets répertoriés et on dépasse le million pour des débris de type « particules » de l'ordre du millimètre. Ils proviennent d'explosions, d'usure des fusées, navettes et satellites, ou sont des particules provenant des moteurs-fusées, des éclats de peinture...

Certains ont même été perdus par des astronautes, alors qu'ils effectuaient des opérations de montage et de réparation.

Tous ces débris, lorsqu'ils entrent en collision, génèrent d'autres débris plus petits.

Risques et protections contre les débris

Bien que nombreux, des accidents impliquant des débris spatiaux restent relativement faibles, à cause de l'immensité de l'espace.

À titre d'exemple, la station spatiale internationale risque un impact avec un objet de plus d'un centimètre tous les soixante-dix ans; si l'on exclut de la surface de la station ses panneaux solaires, vastes, et dont la perte ne serait pas forcément grave, le risque tombe à un impact tous les trois siècles.

Un débris du troisième étage de Delta 2 retrouvé en Arabie saoudite le 21 janvier 2001

Protections en orbite

Selon leur taille, les fragments sont plus ou moins visibles, plus ou moins dangereux, et nécessitent différentes protections. Dans le cas des gros morceaux (supérieurs à 10 centimètres), la seule solution de conservation pour les satellites, navettes ou stations orbitales consiste à les éviter par un changement d'altitude. Ces manœuvres sont très coûteuses en carburant et diminuent d'autant la durée de vie des satellites; à titre d'exemple, lors de l'évitement par le satellite Spot-2 d'un débris provenant d'un lanceur Thor-Agena en juillet 1997, 400 grammes d'ergols ont été utilisés, alors que 150 grammes représentent sa consommation annuelle. Pour autant, étant nécessaires, les manœuvres d'évitement ont déjà été appliquées à plusieurs reprises sur plusieurs types de satellites.

Les petites particules de moins d'un centimètre, très courantes, ne sont pas évitées, des blindages permettent de s'en protéger. Mais ces blindages alourdissent évidemment les véhicules spatiaux, diminuant leur charge utile, leur durée de vie, ou augmentant leur coût. Le dixième du poids de la station spatiale internationale est ainsi dû à son blindage (soit une trentaine de tonnes en 2008). Les navettes spatiales, lorsqu'elles le peuvent, présentent dans le sens de leur marche leur ventre et leur arrière, plus résistants, plutôt que leur nez et bord d'attaque, où des impacts auraient plus de conséquences.

Le plus grand problème est posé par les débris de taille moyenne, entre un et dix centimètres, estimés à environ 200 000, qui ne sont pas catalogués alors qu'ils présentent un risque très important et surtout pour lesquels il n'existe pas de protection.

Protections au sol

Les risques au sol sont nettement plus faibles, car la majeure partie des fragments entrant dans l'atmosphère sont carbonisés par la chaleur due aux frottements avec l'air. Pour autant, des débris de taille non négligeable sont parfois retrouvés sur Terre et des prévisions sont faites régulièrement par les organismes de surveillance.