Débris spatiaux : évaluation du risque

31 mars 2005

Evaluer le risque que posent les débris présents dans l'espace pour les satellites opérationnels n'est pas chose aisée et cette entreprise reflète le souci de la communauté spatiale internationale de définir l'étendue du danger pour les satellites et les vaisseaux spatiaux susceptibles de percuter des objets, parfois identifiés et suivis, mais aussi parfois non identifiés.

Au moins les objets identifiés ont le mérite d'être ... identifiés. Parmi ceux-ci figurent de vieux satellites, des étages de fusées et de gros fragments provenant d’explosions ou de collisions passées.

« Il est désormais courant pour les satellites gravitant sur une orbite proche de la Terre de stocker plus de carburant pour les seules manoeuvres visant à esquiver les fâcheuses rencontres au cours de leur durée de vie opérationnelle », explique le Dr. Heiner Klinkrad, un spécialiste des débris au Centre des Opérations de l’ESA (ESOC) de Darmstadt, en Allemagne.

Petits objets mais grande menace

Mais évaluer le risque que constituent les débris de petite taille ou les météorites est une toute autre affaire en ce sens qu'il est très délicat, voire impossible de les suivre.

Les débris inférieurs à 1 mm de diamètre sont relativement inoffensifs. Les objets entrant dans cette catégorie ne sont pas sans risque mais un blindage protecteur, comme la technologie Whipple Shield, est suffisamment résistant pour en venir à bout. Toutefois le blindage n'est compatible qu'avec certaines missions, comme celles de la Station Spatiale Internationale (ISS).

Petits mais mortels

Entre 1 et 10 cm, ces objets se révèlent beaucoup plus dangereux et ce sont eux qui représentent le vrai problème. Ils sont trop petits et trop nombreux pour être individuellement répertoriés, mais pourraient endommager ou détruire n'importe quel satellite ou vaisseau qui les percuterait.

Pour évaluer le risque que représentent les débris de cette catégorie, les scientifiques de l'ESA et d'autres agences spatiales utilisent des modèles et des logiciels de probabilité. Le risque est ainsi mesuré en fonction de la section transversale du satellite, de son altitude orbitale, de sa trajectoire de vol et de biens d'autres facteurs.

A titre d'exemple, pour un satellite dont la section transversale (panneaux solaires compris) est de 100 m2, placé sur orbite à 400 km d'altitude, il a été calculé que la durée moyenne devant s'écouler avant impact avec un débris de 10 cm est de l'ordre de 15 000 ans.

Une collision par décennie

Si ce chiffre semble au premier abord plutôt rassurant et même lointain, n'oublions pas le nombre extrêmement élevé de satellites placés sur orbite. Et comme l'explique le Dr. Klinkrad, "si l'on calcule la section transversale combinée de tous les satellites sur orbite, le temps moyen entre deux collisions destructrices est ramené à 10 ans".

Sachant que l'impact avec un débris de 10 cm est capable de pulvériser une sonde de plusieurs millions d'euros ou d'ébranler la Station Spatiale Internationale (habitée), le risque, ne serait-ce que d'un seul impact tous les dix ans, devient soudain très menaçant.

Les collisions destructrices se produisent

En 1993, le première mission de maintenance du télescope spatial Hubble a repéré un trou de plus de 1 cm de diamètre sur l'antenne à grand gain.

En juillet 1996, le microsatellite militaire français Cerise est heurté et sérieusement endommagé par - ironie du sort - un fragment de l'étage supérieur d’une fusée Ariane ; sous le choc, 4,2 mètres du mât de gradient de gravité, lequel sert à stabiliser le satellite, sont sectionnés.

D'autres collisions sont-elles à prévoir pour la décennie en cours ? Personne ne peut l'affirmer avec certitude, mais il convient de prendre toutes les mesures nécessaires pour limiter les risques.

Unité de recherche de débris spatiaux de l'ESA

Outre un système de détection de débris conçu par l'ESOC, une unité de recherche de débris spatiaux a été mise en place par l'ESA au Centre européen de recherche et de technologie spatiales (ESTEC) de Noordwijk, aux Pays-Bas, dédiée au segment spatial. Parmi ses attributions, citons :

  • le développement et le déploiement de détecteurs d'impact
  • Le développement et la mise à l'essai de nouveaux blindages
  • L'assistance qualité des nouveaux blindages
  • L'analyse d'impact sur du matériel récupéré
  • L'évaluation des dégâts occasionnés par des impacts

L'ESA n'est pas la seule agence à s'intéresser aux débris spatiaux. Le Dr. Toshiya Hanada, professeur agrégé au département d'ingénierie mécanique et aérospatiale de l'université de Kyushu, près de Fukuoka au Japon, tente actuellement de mettre au point des capteurs optiques capables de balayer les panneaux solaires des satellites afin de déceler les traces d'impacts. Une modélisation du milieu formé par les débris est également en cours.

L'équipe du Dr. Hanada s'intéresse tout particulièrement à l'orbite géostationnaire terrestre. « Nous avons développé un modèle de l’évolution du milieu formé par les débris sur orbite géostationnaire. Nous avons également effectué des simulations d'impact à faible vitesse, à moins de 1,5 km/s, qui nous ont permis de modéliser les impacts sur les satellites sur orbite géostationnaire ».

Le problème posé par les débris ne laisse personne indifférent.

Un logiciel d'évaluation des risques désormais disponible

De retour à l'ESOC, le Dr. Klinkrad présente le logiciel d'évaluation des risques développé par l'ESA et une équipe externe travaillant sous sa direction. Baptisé DRAMA (Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis), il s'agit d'un logiciel d'analyse de réduction des débris spatiaux et d'évaluation des risques liés à ces débris. Mis à la disposition de la communauté spatiale, il peut aider à évaluer le risque d'un impact sur une mission spécifique.

Malgré ces outils très performants, cette situation préoccupante n'est pas prête de s'améliorer, à moins d'adopter des mesures concertées, coordonnées et systématiques pour réduire ces risques que l'on comprend parfaitement aujourd'hui.

Les opérateurs doivent impérativement éviter la fragmentation délibérée et accidentelle de leurs satellites, y compris les explosions ou collisions délibérées et accidentelles, celles-ci générant la plus grande partie de débris impossibles à suivre et pourtant mortels.

Note du rédacteur :

La troisième et dernière partie de cette série sur les débris spatiaux "Mitigation and the Case for a Code of Conduct," étudiera les propositions actuelles faites en faveur de la réduction des débris spatiaux à travers des mesures très peu coûteuses mais néanmoins efficaces, capables de rendre l'environnement spatial plus sûr.

La 3ème partie sera publiée début avril, avant la 4ème Conférence européenne sur les débris spatiaux qui se tiendra à l'ESOC, à Darmstadt, en Allemagne du 18 au 20 avril 2005. Pour toute information sur les inscriptions et sur le programme, cliquez sur le lien à droite un peu plus haut.

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