Il y a à peine 10 ans, à peine un millier de satellites opérationnels étaient peut-être en orbite autour de notre planète, mais il y en aura des dizaines, voire des centaines de milliers dans une décennie.
Les experts tirent la sonnette d’alarme depuis des années sur le fait que l’orbite terrestre devient un peu trop encombrée. Alors, combien de satellites pouvons-nous réellement lancer dans l’espace avant que ce ne soit trop ?
Jonathan McDowell est astrophysicien et astronome au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics qui étudie les phénomènes superénergétiques dans l’univers tels que les trous noirs émetteurs de jets dans les centres galactiques. Ces dernières années, cependant, McDowell a acquis une notoriété pour son travail dans un domaine complètement différent de la recherche spatiale. Dans sa circulaire numérique mensuelle intitulée Jonathan’s Space Report (s’ouvre dans un nouvel onglet)McDowell suit le nombre croissant de lancements de satellites et le nombre croissant d’objets en orbite terrestre.
Le projet a commencé avec l’ambition de « fournir un dossier historique pédant de l’ère spatiale », mais est devenu, en quelque sorte, une chronique de la destruction environnementale de l’environnement proche de la Terre. Lors de ses fréquentes apparitions dans les médias, McDowell a exprimé son point de vue sur l’avenir de l’espace proche de la Terre de plus en plus surpeuplé.
« Ce sera comme une autoroute inter-États, à l’heure de pointe dans une tempête de neige avec tout le monde conduisant beaucoup trop vite », a-t-il déclaré à Space.com lorsqu’on lui a demandé quelle serait la situation en orbite si les plans existants pour les mégaconstellations satellites telles que Starlink de SpaceX, OneWeb et Amazon Kuiper se concrétisent. « Sauf qu’il y a plusieurs autoroutes inter-États qui se croisent sans feux de circulation. »
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Astronome et astrophysicien au Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics.
Jonathan McDowell est astronome et astrophysicien au Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. Ses recherches portent principalement sur les trous noirs, les quasars et les sources de rayonnement X de haute énergie dans les galaxies lointaines. Il est membre de l’équipe derrière l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA, mais s’est également fait connaître en tant qu’expert en débris spatiaux. McDowell est l’auteur et l’éditeur de Jonathan’s Space Report, un bulletin d’information distribué par courrier électronique documentant les lancements de satellites.
McDowell est titulaire d’un baccalauréat en mathématiques de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni et d’un doctorat en astrophysique également de Cambridge.
Manœuvres, manœuvres
Les premiers signes que les choses deviennent un peu trop tendues sont, en fait, déjà présents. Le collègue britannique de McDowell, Hugh Lewis, est une autre voix de prudence fréquemment entendue, tempérant la confiance des entrepreneurs pris dans la nouvelle ruée vers l’or spatial. Professeur d’astronautique à l’Université de Southampton en Angleterre, Lewis publie depuis quelques années des mises à jour régulières sur sa page Twitter détaillant l’augmentation des événements dits de conjonction, des situations où deux objets dans l’espace – des satellites en fonctionnement ou des morceaux d’espace débris – se rapprochent dangereusement les uns des autres.
Certains de ses graphiques donnent à réfléchir. Dans un poste (s’ouvre dans un nouvel onglet) publié sur Twitter le 13 janvier, Lewis a déclaré que « le nombre total de conjonctions prévues pour 2022 était 134% supérieur au nombre de 2020 et 58% supérieur à 2021, dépassant les 4 millions ».
Cela, a déclaré Lewis à Space.com, ne signifie pas qu’à 4 millions d’occasions, des objets dans l’espace ont failli entrer en collision, mais simplement que la gestion du trafic dans l’espace devient beaucoup plus compliquée qu’elle ne l’a jamais été par le passé.
Prenons l’exemple de Starlink de SpaceX. Selon les informations que la société appartenant à Elon Musk a soumises à la Federal Communications Commission (FCC) des États-Unis (s’ouvre dans un nouvel onglet) en décembre de l’année dernière, le système autonome d’évitement de collision de SpaceX a effectué 26 037 manœuvres d’évitement orbital avec ses satellites Starlink au cours de la période de deux ans entre le 1er décembre 2020 et le 30 novembre 2022.
Cela signifie que chaque satellite Starlink sur les près de 4 000 qui ont été lancés à ce jour a effectué, en moyenne, 12 manœuvres d’évitement pendant cette période.
Mais la taille de la constellation actuelle de SpaceX représente moins de 10 % de ce que l’entreprise prévoit de déployer. D’ici 10 ans, le nombre de satellites Starlink en orbite pourrait atteindre 42 000. Ajoutez à cela jusqu’à 4 000 satellites que OneWeb veut lancer, 3 200 autres engins Kuiper d’Amazon et 13 000 satellites du système Guowang envisagé par la Chine, et il devient évident que les choses vont s’échauffer beaucoup plus.
Selon le document de la FCC, SpaceX affirme que chacun de ses satellites dispose d’une quantité suffisante de carburant à bord pour effectuer 350 manœuvres d’évitement de collision au cours de sa durée de vie prévue de cinq ans. Mais ce nombre pourrait être atteint très rapidement, selon les calculs de Lewis.
« Le nombre [of required avoidance maneuvers] augmente de manière non linéaire. dit Lewis. « D’ici 2027 ou 2028 environ, la constellation Starlink pourrait avoir effectué tout au long de sa vie un total d’un million de manœuvres d’évitement de collision. Et cela correspond aussi potentiellement au moment le plus précoce où ils atteignent 350 manœuvres d’évitement de collision par satellite [per the five-year lifetime period]. On parle de potentiellement des centaines, voire des milliers de manœuvres par jour.
En bref, dans moins de cinq ans, les satellites Starlink pourraient manquer de carburant dans un délai plus court que leur durée de vie prévue en raison du nombre considérable de manœuvres d’évitement qu’ils devront effectuer.
Lewis, cependant, félicite SpaceX pour son attitude envers la sécurité spatiale. La société, qui il y a seulement cinq ans n’avait pas un seul satellite dans l’espace, est aujourd’hui, avec une marge substantielle, le plus grand opérateur de satellites au monde. Depuis le lancement de son premier satellite en 2019, SpaceX a développé une attitude robuste. La société affirme que son système d’évitement autonome manœuvre chaque fois qu’un satellite Starlink rencontre une situation avec une probabilité de collision de 1 sur 100 000. Ce niveau de risque est d’un ordre de grandeur inférieur au seuil utilisé par la NASA. SpaceX assume également la responsabilité de chaque situation de conjonction et effectue une manœuvre, à moins que les opérateurs de l’autre satellite impliqué dans la conjonction ne préfèrent le faire eux-mêmes, a déclaré la société à la FCC.
L’espace proche de la Terre est encombré de quelque 36 500 morceaux de débris spatiaux de plus de 4 pouces (10 centimètres), d’environ un million d’objets de 0,4 à 4 pouces (1 à 10 cm) et d’un incroyable 130 millions de fragments inférieurs à 0,4 pouces ( 1cm). (Crédit image : ESA)
Professeur d’astronautique à l’Université de Southampton au Royaume-Uni et codirecteur du Centre d’excellence en détection intelligente in situ et à distance
Hugh Lewis est professeur d’astronautique à l’Université de Southampton au Royaume-Uni et codirecteur du Centre d’excellence en détection intelligente in situ et à distance. Il a travaillé dans les domaines des débris spatiaux et de la durabilité de l’espace pendant plus de 20 ans et est l’auteur du modèle de débris spatiaux DAMAGE. Hugh représente l’Agence spatiale britannique aux réunions du Comité de coordination inter-agences sur les débris spatiaux (IADC) où il préside le groupe de travail 2 (qui se concentre sur la modélisation des débris spatiaux).
Hugh a également représenté l’Agence spatiale britannique aux réunions du sous-comité scientifique et technique du Comité des Nations Unies sur les utilisations pacifiques de l’espace extra-atmosphérique (COPUOS) en tant qu’expert sur les débris spatiaux, les opérations spatiales et la connaissance de la situation spatiale.
Collisions
Les satellites opérationnels, cependant, ne sont qu’une partie du problème. L’Agence spatiale européenne estime (s’ouvre dans un nouvel onglet) que l’espace proche de la Terre est encombré de quelque 36 500 morceaux de débris spatiaux de plus de 4 pouces (10 centimètres), d’environ un million d’objets de 0,4 à 4 pouces (1 à 10 cm) et d’un incroyable 130 millions de fragments de moins de 0,4 pouces (1cm).
La quantité de petites choses en particulier continue d’augmenter à mesure que des objets plus gros entrent en collision les uns avec les autres à des vitesses orbitales énormes, produisant des nuages de fragments.
« Il existe de bonnes preuves que le nombre de collisions mineures augmente déjà de manière significative », a déclaré McDowell. « Nous voyons des débris d’objets qui ne devraient pas vraiment créer de débris. Ils ont probablement été touchés par quelque chose de petit, même s’ils continuent à travailler après.
Alors que les plus gros fragments de débris de plus de 4 pouces sont régulièrement suivis, les trajectoires des plus petits morceaux sont pour la plupart inconnues et les collisions qu’ils peuvent provoquer surviennent sans avertissement.
Les experts en débris, cependant, sont plus préoccupés par les rencontres entre deux grands corps disparus – des satellites morts ou des étages de fusées usagés. Une telle approche rapprochée, entre un étage supérieur de fusée russe vieux de plusieurs décennies et un satellite russe disparu depuis longtemps, a eu lieu le 27 janvier. Aucun objet ne pouvant manœuvrer, les gardes du trafic spatial ne pouvaient que regarder en croisant les doigts, en espérant les deux se manqueraient. À cette occasion, ils l’ont fait – par seulement 20 pieds (6 mètres). L’incident, décrit comme un « scénario du pire », aurait pu engendrer des milliers de fragments de débris dangereux qui seraient restés en orbite pendant des siècles, menaçant tout sur leur passage.
La combinaison d’un nombre croissant de nouveaux satellites et de la quantité croissante de déchets orbitaux conduit à une situation périlleuse qui, dans un avenir pas si lointain, pourrait transformer certaines régions de l’espace proche de la Terre en une dangereuse zone interdite.
« Des choses comme [the Jan. 27 incident] commencera à se produire plus souvent », a déclaré McDowell. « Une collision ne change pas radicalement les choses, mais une fois que nous en avons une par an, vous arrivez à un régime où vous commencez à avoir beaucoup de pertes de satellites. Cela va vraiment commencer à affecter l’économie de l’orbite terrestre basse. Les entreprises commenceront à perdre beaucoup d’argent parce que leurs satellites continueront d’être détruits.
Les collisions entre grands objets disparus produisent d’énormes quantités de fragments. (Crédit image : Agence spatiale européenne)
Alors, combien de satellites pouvons-nous installer en toute sécurité dans l’espace ?
Alors, combien de satellites supplémentaires l’orbite terrestre peut-elle contenir en toute sécurité ? La réponse à cette question n’est pas simple. Lewis dit que certaines altitudes orbitales sont plus vulnérables que d’autres. Par exemple, les satellites Starlink orbitent à 550 kilomètres au-dessus de la Terre. Les objets à cette altitude ne restent généralement pas encombrants l’espace trop longtemps après avoir cessé leurs opérations. Même si leurs propulseurs échouent à la fin de leurs missions et ne ramènent pas l’engin dans l’atmosphère terrestre pour qu’il brûle immédiatement (comme le promettent de nombreux opérateurs), les orbites de ces satellites se dégradent naturellement en quelques années, grâce à la traînée atmosphérique. Cependant, cette capacité de nettoyage naturel de l’orbite terrestre diminue avec l’altitude.
« L’environnement spatial est comme un système où vous avez des flux entrants et sortants », a déclaré Lewis. «Nous lançons des objets dans l’espace et le flux qui en sort, généralement en raison de la traînée atmosphérique, est le seul mécanisme dont nous disposons vraiment pour éliminer naturellement les objets de l’environnement. Mais au-dessus de 1 000 kilomètres [600 miles], l’atmosphère ne fait vraiment rien, car elle est si clairsemée. Il n’y a pas d’évier; les chiffres ne peuvent que monter.
La constellation de OneWeb habite cette plage d’altitude perfide, tout comme le plus petit Globalstar.
La plupart des opérateurs de mégaconstellation s’engagent à s’assurer que leur vaisseau dispose de suffisamment de carburant à la fin de la mission pour se rendre là où l’atmosphère terrestre peut prendre soin des choses. Mais la probabilité de dysfonctionnements techniques inquiète toujours les experts. En 2012, l’Agence spatiale européenne, un ardent défenseur des opérations spatiales durables, n’a pas réussi à retirer son satellite d’observation de la Terre de 8,8 tonnes (8 tonnes métriques) Envisat de son orbite à 480 miles (772 km) au-dessus de la Terre. L’engin, qui continuera à orbiter autour de la planète pendant des siècles, fait désormais partie des débris spatiaux les plus dangereux.
McDowell dit que l’humanité va probablement découvrir la capacité naturelle de l’espace proche de la Terre « à la dure ». Malgré les promesses des opérateurs de mégaconstellations, l’astrophysicien doute que les choses restent gérables dans les années à venir.
« Dans cinq ou 10 ans, nous aurons entre 20 000 et 100 000 satellites, et je suis très sceptique quant au fait qu’au nombre supérieur de 100 000, les choses puissent fonctionner en toute sécurité », a déclaré McDowell.
Et ensuite ?
La question est, que se passe-t-il ensuite ? L’industrie spatiale, éblouie par la confiance des nouveaux entrepreneurs spatiaux, est-elle en train de devenir somnambule dans sa propre version du changement climatique ?
« La réponse habituelle des humains aux problèmes environnementaux est de faire trop peu, trop tard », a déclaré McDowell. « Je pense que nous allons alors essayer de nous débrouiller et de faire quelque chose à la dernière minute qui vous permettra peut-être de continuer à surfer au bord d’une catastrophe. »
McDowell voit un avenir où ces autoroutes inter-États vont enfin recevoir des feux rouges, où des viaducs seront construits et où les règles de circulation seront mises en œuvre et appliquées.
« Je pense que nous verrons des réglementations pour limiter le nombre de satellites que vous pouvez avoir à chaque hauteur orbitale », a-t-il déclaré. « Des réglementations pour décourager les orbites elliptiques et obliger tout le monde à être sur des orbites circulaires. Nous constatons déjà un soutien croissant en faveur d’une interdiction des armes anti-satellites.
Nous pourrions commencer à voir des sanctions réelles pour les événements causant des débris – par exemple, si vous êtes assez négligent pour concevoir votre fusée de manière à ce qu’elle explose accidentellement, vous pourriez être condamné à une amende pour cela, comme pour avoir jeté des détritus. Ce type de changement pourrait alors persuader les fabricants concernés d’être un peu plus prudents.
Le précédent d’un accès plus étroitement contrôlé à l’espace existe déjà, a ajouté McDowell. Les créneaux en orbite géostationnaire, l’altitude recherchée à environ 22 000 milles (36 000 km) au-dessus de la Terre où les satellites apparaissent suspendus au-dessus d’un point fixe de la planète avec une vue stable d’une grande partie du globe, sont attribués par l’Union internationale des télécommunications sur le principe du premier arrivé, premier servi. Dans les orbites inférieures, cependant, les licences sont attribuées par des organismes nationaux qui n’ont aucune obligation de coordination entre eux.
« Je pense que cela va changer », a déclaré McDowell. « Comme d’habitude, à mesure que les ressources se raréfient, les gouvernements exerceront davantage de contrôle sur l’allocation de ces ressources. »
Les experts appellent également les agences spatiales à développer une technologie pour éliminer les débris orbitaux les plus dangereux. Il n’y a pas d’analyse de rentabilisation pour un tel service jusqu’à présent, donc l’appétit est faible. Mais un changement d’attitude est peut-être dans l’air. En juillet de l’année dernière, le gouvernement américain a publié son plan national de mise en œuvre des débris orbitaux (s’ouvre dans un nouvel onglet), qui décrit les étapes à suivre pour maintenir l’ordre dans l’orbite terrestre. Quoi qu’il arrive, il est peu probable que le statu quo reste longtemps en place.
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Grand fan de mangas et d’animes, je n’aime bien écrire qu’à propos de ses sujets, c’est pour ca que j’écris pour 5 minutes d’actus. Au quotidien de décortique, donne mes avis sur les différents épisodes et chapitres des mangas que j’aime lire.
