La pollution spatiale
Avec l’inflation spectaculaire du nombre de satellites mis en orbite, les risques de collision et la pollution augmentent significativement. Il y a encore une dizaine d’années, l’humanité lançait environ 200 objets dans l’espace par an. Aujourd’hui, nous en lançons plus de 2.600, sans aucune perspective de ralentissement. Cette expansion rapide de l’activité humaine dans l’espace a truffé l’orbite terrestre de déchets spatiaux, qu’il s’agisse de satellites hors service ou de pièces de fusées usagées. L’espace proche est déjà si encombré que les satellites en activité courent le risque d’entrer en collision avec des débris provenant des générations précédentes d’engins spatiaux. Même la Station spatiale internationale (ISS) doit régulièrement ajuster son orbite pour éviter de heurter des fragments dangereux.
La situation
04 octobre 1957, Spoutnik 1, une sphère d’aluminium de 58 centimètres de diamètre et de 83,6 kilos, le premier satellite artificiel en orbite autour de la terre, fut le premier déchet spatial ! Sa batterie a lâché au bout d’une vingtaine de jours, et il est devenu inopérant, avant de se détruire intégralement en rentrant dans l’atmosphère terrestre, le 04 janvier 1958. Pendant deux mois et demi, soit la majeure partie de son existence, il n’a servi à rien. L’histoire de Spoutnik 1 montre que le problème des déchets spatiaux date des origines mêmes de l’exploration de l’espace.
Pas le premier ! À vrai dire, le premier objet spatial jamais enregistré au plan international n'est pas ce petit satellite et son célèbre « bip-bip » radio, mais bien l'étage principal du lanceur R7-Sémiorka utilisé pour le placer en orbite. Et les 6,5 tonnes de ce « débris », abandonné en orbite après la libération de Spoutnik, sont loin d'être négligeables comparées à la masse de la petite sphère radio-émettrice.
Nous étions alors en pleine guerre froide, et la compétition spatiale battait son plein. Une vision de court terme dominait. L’Union soviétique préférait, par exemple, détruire ses satellites, ce qui génère énormément de débris, plutôt que de les voir tomber entre des mains ennemies. Des pays comme la Russie, la Chine ou l’Inde détruisent encore leurs satellites défectueux avec des tirs de missile. Les États-Unis ont, en revanche, annoncé qu’ils avaient cessé cette pratique en avril 2022.
Depuis le lancement du premier Spoutnik, on n’a pas arrêté d’abandonner des boulons, des pièces détachées et des vaisseaux dépecés dans l’espace, transformant notre proche banlieue céleste en poubelle. Et on ne sait toujours pas lancer un satellite sans laisser en orbite l'étage supérieur de la fusée qui l'y a placé, ni que faire d'un satellite après la fin de sa mission.
Ainsi du vieux vaisseau soviétique Venera, lancé le 31 mars 1972 à l’assaut de Venus, mais qui n’a pas réussi à quitter l'orbite terrestre basse. Il s’est alors séparé en deux objets principaux : le bus principal et le module de descente (la section destinée à atterrir sur Vénus). Ces « déchets » (dès lors baptisés Kosmos 482, le nom utilisé pour les satellites en orbite terrestre) sont rentrés dans l'atmosphère terrestre entre le 03 avril 1972 et le 05 mai 1981
Ses premières pièces, 4 sphères en alliage de titane incandescentes de 13,6 kg et d'un diamètre de 38 centimètres, se sont écrasées dans un rayon de 16 kilomètres en Nouvelle-Zélande, le 03 avril 1972. Les sphères ont brûlé des cultures et laissé de profondes empreintes dans le sol, mais personne n'a été blessé. Un objet de forme similaire a été découvert toujours en Nouvelle-Zélande, en 1978.
La législation spatiale exigeait que les débris spatiaux soient restitués à leur propriétaire, mais les Soviétiques ont nié connaître le satellite. La propriété est donc revenue aux propriétaires des sols. Les pièces ont été analysées minutieusement par des scientifiques néo-zélandais qui ont déterminé leur origine soviétique grâce aux marques de fabrication et à la soudure de haute technologie du titane.
Dernier élément encore en orbite, son module de descente, est rentré dans l'atmosphère le 10 mai 2025. L'Agence spatiale européenne (ESA) a signalé qu’il n'avait pas été détecté par radar lors de son passage prévu au-dessus de l'Allemagne à 7h32 UTC. Sur cette base, l'ESA a conclu que la rentrée atmosphérique avait probablement déjà eu lieu plus tôt dans la matinée. Selon l'agence spatiale russe Roscosmos, l'atterrisseur s'est écrasé dans l'est de l'océan Indien à 6h24 UTC, à l'ouest de Jakarta, en Indonésie.
Ainsi, l'utilisation de l'espace est-elle indissociable de sa pollution.
Plus les débris sont nombreux, plus il est probable que certains (qui voyagent à une vitesse relative jusqu’à 15 fois supérieure à celle d’une balle de fusil) heurtent des engins spatiaux en activité, créant ainsi d’autant plus de débris menaçants. La collision catastrophique survenue en 2009 entre le satellite russe Cosmos 2251, hors d’usage, et le satellite américain Iridium 33, a par exemple produit près de 2.000 fragments, dont beaucoup sont encore surveillés aujourd’hui.
L’image est spectaculaire, presque choquante. Un peu trompeuse aussi. NASA ODPO
Cette image montre la terre prise dans une nuée si dense que notre planète semble presque disparaitre. Chacun de ces points représente un objet de plus de 10 cm. Si l’image permet de sensibiliser à la problématique grandissante de l’encombrement spatial, elle montre paradoxalement beaucoup moins d'objets qu'il n'en existe, tout en donnant l'illusion d'une omniprésence bien supérieure à la réalité (chaque point occupe, à l'échelle, une dizaine de kilomètres). Pour autant, un vaisseau spatial traverserait aisément ce nuage sans en toucher un seul. L'espace est en fait beaucoup (beaucoup) plus grand et bien plus vide qu'on ne peut l'imaginer.
Combien de débris en orbite
Actuellement, seuls les objets de plus de 10 cm environ en orbite basse terrestre (LEO) peuvent être observés et catalogués de manière fiable et directe par des systèmes radar, tandis que les objets de 80 cm et plus en orbite géosynchrone (GEO), le sont principalement à l'aide de télescopes optiques.
Des relevés périodiques sont effectués par divers radars à l'échelle mondiale, capables de détecter des fragments aussi petits que 6 mm jusqu'à 1.000 km. Dans leur grande majorité, les objets actuellement surveillés en orbite terrestre basse sont des débris issus de plus de 200 cassures qui ont créé des dizaines de milliers d'autres objets, trop petits pour être détectés, mais qui nuisent néanmoins aux opérations spatiales.
Des impacts d'objets aussi petits que 5 mm sont susceptibles de perturber, voire d'interrompre, les opérations d'un satellite. Cependant, les fragments de moins de 5 mm ne peuvent être modélisés que par l’analyse de surfaces exposées, restituées lors de vols spatiaux (par exemple, la navette spatiale, le télescope spatial Hubble, etc.). Ce qui cependant ne fournit qu'une vision limitée de l'environnement réel, car il ne s'agit que d'échantillons périodiques, prélevés entre 350 et 600 km d'altitude. De plus, peu d'échantillons restitués présentent des impacts de particules supérieures à 1 mm, mais sur l'ensemble des échantillons, il a été constaté (grâce à l'analyse chimique des impacteurs après récupération) que le nombre d'impacts de débris dépassait dans la plupart des gammes de tailles, le nombre d'impacts de micro-météoroïdes (petits corps du Système solaire intermédiaires entre les astéroïdes, plus grands, et la poussière interplanétaire).
La désintégration de la surface des engins spatiaux est due à divers phénomènes : altération de la surface par le rayonnement ultraviolet, impacts de micro-météoroïdes créant des « cratères », érosion des surfaces par l'oxygène atomique et variations thermiques. Même les impacts de particules de seulement 10 microns de diamètre ont nécessité le remplacement de hublots de la navette spatiale. (Au cours d’une mission de la navette spatiale, les fenêtres sont exposées à l'équivalent de deux ans en conditions orbitales et, en moyenne, une à deux fenêtres sont remplacées après chaque mission d'environ une semaine.)
Parmi les composants de la population spatiale, il faut bien sûr considérer les 14 à 15.000 satellites, dont 12.000 satellites actifs, 5 fois plus qu’en 2019 (depuis 1957 et Spoutnik-1, plus de 20.000 ont été lancés). Aujourd’hui, avec les 8.500 satellites de sa constellation Starlink, SpaceX contrôle 70% de ces 12.000 satellites fonctionnels au monde. La Chine serait en phase avec Space X, avec l’annonce d’au moins 3 projets de 10.000 satellites équivalents à Starlink. De même, Amazon prévoit de déployer 3.236 satellites pour son réseau à large bande.
L’univers des constellations est très dynamique, avec plus de 600 projets recensés dans le monde. On estime ainsi que 50 à 100.000 satellites pourraient peupler les orbites basses d’ici à 2035, soit un triplement du volume et une multiplication par cinq ou six de la masse lancée. 3.400 satellites de plus de 500 kg, exploités par 170 opérateurs, seront déployés en orbite dans les dix ans à venir. La cadence s’annonce donc très soutenue, avec, en moyenne, 12 satellites, représentant 8 tonnes de charge utile, déployés par jour. Ceci n’incluant pas OneWeb (détenu par l’opérateur français Eutelsat), numéro deux mondial de l’internet spatial, ni Iris2, la future constellation souveraine européenne, qui se classent dans la catégorie des petites et moyennes infrastructures avec moins de 1.000 satellites à terme.
Les débris comprennent donc les engins spatiaux qui représentent les charges utiles, opérationnelles ou non opérationnelles. Puis les corps de fusée abandonnés en orbite après avoir rempli leur fonction de déploiement d'une charge utile. Et aussi les débris liés à la mission, comprenant des objets plus petits, libérés lors de séquences de déploiement de routine, tels que des caches d'objectifs, des coiffes, des sangles, des capots, des boulons, une multitude de fragments divers, …. Enfin, les débris de fragmentation qui sont les objets générés par des explosions et des collisions dans l'espace. Les explosions peuvent être limitées, comme la rupture d'un boîtier de batterie, ou catastrophiques, comme l'incendie de propergols laissés à bord.
Les morceaux de satellites morts, « résidus d’opérations », sont aussi des « objets spatiaux ». Comme un opérateur n’est pas tenu de déclarer si son satellite est vivant ou non, difficile de distinguer les objets fonctionnels des résidus d’opérations, mais il existe des estimations.
Actuellement, presque chaque satellite lancé équivaut à positionner dans l’espace un objet manufacturé à usage unique, dans la mesure où son destin final n’est envisagé sous nulle autre forme que de devenir … un déchet. Actuellement, tous les satellites deviennent des épaves lorsque leur mission principale prend fin. Les grandes agences spatiales ont adopté des réglementations qui visent à réduire le volume de débris, notamment en incitant à ne pas en générer de nouveaux, ou en évitant tant que possible les collisions. Le problème est que ces règles, qui sont devenues des standards européens et internationaux, sont peu respectées : on enregistre encore une douzaine d’explosions d’objets spatiaux par an.
L’orbite proche est une ressource limitée, qu’une poignée d’organisations consomment de manière croissante. 96 % des débris orbitaux sont la responsabilité du trio États-Unis, Russie, Chine, à hauteur d’un tiers chacun. Si on continue à ce rythme, l’orbite terrestre deviendra inutilisable, en particulier la région la plus recherchée, l’orbite terrestre basse (LEO), qui s’étend jusqu’à 2.000 kilomètres d’altitude. Le nombre de débris orbitaux évolue de façon exponentielle, si bien que l'espace circumterrestre risque de n'être plus, à terme, qu'une poubelle impraticable et inexploitable.
Selon l’Agence spatiale européenne (ESA), les déchets supérieurs à un millimètre sont plus de 150 millions dont environ 1 million de plus d'un centimètre en orbites basses. On compte aujourd’hui 36.000 objets de taille supérieure à 10 cm, dont 30.000 que l’on surveille bien. Ce sont des objets dits « catalogués », identifiés par un nom ou un numéro, dont on connaît la trajectoire. Les 6.000 restants sont des objets militaires non référencés, ou des objets que l’on a du mal à suivre en continu
© Jen Christiansen ; source : Satellite statistics : satellite and debris population (Jonathan’s Space Report)
Les désintégrations de 2007 et 2009 ont entraîné une augmentation de la population de 40 % en deux ans seulement. La courbe « Débris de fragmentation » montre qu'une grande partie des débris de fragmentation sont éliminés de l'orbite par la traînée atmosphérique, comme en témoigne la réduction significative des débris de fragmentation entre 2009 et aujourd'hui. Ceci est de bon augure pour maîtriser le risque de collision à court terme aux basses altitudes de l'orbite terrestre basse (c'est-à-dire inférieures à 650 km).
Profils de la densité (nombre / 1 km3) des débris > 10 cm en fonction de l’altitude, en orbite basse (LEO)
La masse totale en orbite est actuellement estimée à environ 13.500 tonnes. L'accumulation constante de corps de fusée et de charges utiles abandonnés a entraîné une augmentation constante de la masse en orbite. Ces objets massifs constituent une source potentielle de dizaines de milliers de fragments à l'avenir. Par exemple, si deux corps de fusée de 1.000 kg entraient en collision en orbite terrestre basse, on estime que la collision produirait environ 4.000 objets traçables et plus de 100.000 fragments > 5 mm et non traçables.
Sur les 13.500 tonnes en orbite, l’estimation classique est d’environ 4.000 tonnes d’étages de fusées inutiles et approximativement 8.000 tonnes de satellites, dont la moitié serait non fonctionnelle. La zone la plus encombrée se situe en orbite basse entre 750 et 1.000 km. On parle alors d’objets dits LEO (Low Earth Orbit).
Masse des objets en orbite (NASA ODPO).
On enregistre chaque jour de 2025 une moyenne de 1 à 2 satellites de la constellation Starlink sortir de leur orbite et tomber sur Terre. Ce chiffre pourrait plus que doubler à mesure que de nouveaux appareils sont mis en orbite. À ce rythme, 5 entrées quotidiennes pourraient devenir la norme, conséquence directe de l'expansion effrénée de la flotte SpaceX.
Leur durée de vie calculée de 5 ans, les amène à se désintégrer entièrement dans l'atmosphère, évitant ainsi toute retombée sur le sol, mais en libérant de l'oxyde d'aluminium, un composé susceptible de réchauffer les couches supérieures de l'atmosphère. Cependant, en juillet 2024, un débris d'un mètre carré issu d'une capsule SpaceX Dragon, composé de métal et de fibre de carbone, a été découvert sur une propriété isolée dans l'Ouest de la Caroline du Nord ; un mois plus tard, un morceau de 2,5 kilogrammes d'un satellite Starlink était retrouvé près d'une ferme au Canada.
Si les satellites d’Elon Musk sont conçus pour se désintégrer, ce n’est pas le cas des autres objets qu’ils pourraient heurter et donc faire sortir de leur orbite. La multiplication des satellites Starlink en orbite crée une situation d’instabilité au-dessus de nos têtes ; les désorbitations accidentelles risquent donc d’arriver plus souvent.
Eviter les collisions
La surveillance du trafic en orbite (SSA) est devenue une priorité pour les puissances spatiales. Savoir précisément ce qui se passe au-dessus de nos têtes est donc crucial.
Les débris orbitaux sont suivis par les capteurs du réseau mondial de surveillance de l'espace (SSN) du ministère américain de la défense.
Mais la start-up française Look Up Space, créée en 2022, prévoit de mettre en service, fin 2025, Sorasys, son premier radar de SSA, un radar modulaire innovant à antenne active de 25 mètres, installé sur un site sécurisé en Lozère. Sorasys 1 est capable de détecter et de traquer des objets de plus et de moins de 10 cm en orbite basse (entre 400 et 1.500 km d’altitude) où se trouve 90 % du trafic spatial ; cela, 24 heures sur 24 et quelles que soient les conditions météo. Une capacité radar souveraine que seuls les États-Unis maîtrisaient, avec la start-up Leo Labs.
Lors d’une démonstration réalisée le 06 nov 2025, 915 risques de collision ont été répertoriés à 11h05. Parmi ces derniers, un risque de 6 pour 1 000 pesant sur un satellite de surveillance maritime de 15 kg, opéré par le français UnseenLabs, avec un Cosmos russe de 50 kg : 148 mètres seulement séparent les deux engins qui évoluent à une vitesse de 14.000 m/seconde. Le lendemain, le risque de collision a diminué, les deux satellites se sont croisés, sans dommage, à 11 h 35.
Look Up Space va développer un réseau mondial de radars. Après Sorasys 1, elle prévoit de déployer 6 autres radars dans les DOM-TOM. Sorasys 2 et 3, des modèles dotés d’une antenne active de plus grande taille (44 mètres), seront mis en service en Polynésie en 2026 et 2027. Les autres radars doivent être implantés à Saint-Pierre-et- Miquelon, en Guyane, sur l’île de La Réunion et en Nouvelle-Calédonie.
Toutefois, les débris orbitaux sont suivis par les capteurs du réseau mondial de surveillance de l'espace (SSN) du ministère américain de la défense. Mais les trop petits pour être repérés, sont suffisamment gros pour menacer les vols spatiaux habités et les missions robotiques : les débris et les engins spatiaux se déplacent à des vitesses extrêmement élevées (de l’ordre de 27.000 km/h, 7,5 km/s en orbite terrestre basse), l'impact d'un débris orbital, même minuscule, sur un engin spatial pourrait poser de gros problèmes. Même de minuscules éclats de peinture peuvent endommager un vaisseau spatial lorsqu'il se déplace à cette vitesse. A ces vitesses, en matière d’énergie cinétique, un débris d’un millimètre de diamètre à la même énergie cinétique qu’une boule de pétanque lancée à 100 km/h ; un débris de deux centimètres de diamètre, celui d’une grosse voiture fonçant à 130 km/h. Le risque principal est donc celui d’une collision entre un débris et un satellite opérationnel qui ne pourrait pas manœuvrer suffisamment pour l’éviter.
Un certain nombre de fenêtres de la navette spatiale ont été remplacées en raison de dommages causés par des matériaux qui ont été analysés et se sont avérés être des éclats de peinture. En fait, les débris orbitaux de taille millimétrique représentent le plus grand risque de fin de mission pour la plupart des engins spatiaux robotisés opérant en orbite terrestre basse.
Il ne s'agit donc pas de simplement faire le constat des déchets accumulés en orbite sans réfléchir depuis soixante ans, mais de voir l'impact que cela a concrètement sur l'exploitation de l'espace. En 2020, le centre spatial de Toulouse a reçu pas moins de 3 millions d’alertes de rapprochement en un an ! Si on peut éviter les collisions entre des objets qui peuvent être manœuvrés, l’opération est bien plus difficile, voire impossible lorsqu’il s’agir de débris inertes.
Comment éviter une collision entre des objets non manœuvrants ? Les radars permettent aujourd’hui d’anticiper les collisions… mais pas de les éviter. Dans ce cas, il faut une solution d’ordre tactique. C’est le « Just-in-time Collision Avoidance » (JCA), qui consiste à modifier l’orbite de l’un des deux objets, en diminuant sa vitesse, afin d’éviter la collision. La vitesse d’un débris étant de 8 km par seconde, il suffit de la modifier d’un centième de seconde 24h avant la collision pour dégager une marge de 1 km. Pour ce faire, actuellement, il existe trois méthodes.
La première consiste à envoyer un essaim de petits satellites de type CubeSat (*) au milieu d’un nuage de gros débris auxquels ils vont s’accrocher avant de se mettre en sommeil. En cas de risque de collision, ils pourront être « réveillés » afin de déplacer le débris auquel ils sont accrochés. Mais il reste encore plusieurs points à développer, comme l’accrochage aux débris, la communication avec la Terre, et le coût.
(*) CubSat : satellite cubique miniature (arête de 10 cm, à peu près la taille d'un cube Rubik) qui pèse environ 1 kg. Un CubeSat peut être utilisé seul ou en groupe (jusqu'à 24 unités)
La deuxième solution, très élégante, vise à modifier l’orbite par laser. De tout petits pulses déposent à la surface du débris une énergie très élevée qui vaporise la surface. Le laser provoque une très légère ablation, qui génère en s’éjectant un petit panache de gaz, qui agit alors comme un moteur de fusée. Plus que la trajectoire du débris, on modifie sa période – une variation d’une seconde sur une orbite de 90 minutes fait que le débris perdra 14 secondes en 24 heures. Cela suffit à éviter la collision.
La troisième solution, baptisée Space Blower, consiste à créer une atmosphère artificielle devant le débris en pulvérisant un nuage de microparticules pour le ralentir.
Concernant les satellites opérationnels, manoeuvrables, il y a quinze ans, on comptait seulement par dizaines le nombre de manœuvres anticollisions par an réalisées par l’ensemble des satellites en orbite.
SpaceX réalise 275 manœuvres d’évitement par jour ; pas moins de 50.000 manœuvres anticollisions de décembre à mai 2024. C'est deux fois plus que durant la même période précédente ! SpaceX explique cette augmentation en étant plus strict sur le seuil de risque de collision : un satellite doit désormais manœuvrer si la probabilité de collision est supérieure à un sur un million. Une manœuvre qui nécessite en moyenne d’allumer 14 fois les propulseurs du satellite pour éviter l’autre objet croisant sa trajectoire.
Dans le cas de la station spatiale internationale (ISS), lorsque les prévisions indiquent qu'un objet suivi passera suffisamment près pour susciter des inquiétudes et que la qualité des données de suivi est jugée suffisamment précise, les centres de contrôle de mission de Houston et de Moscou collaborent pour élaborer un plan d'action. Si la probabilité de collision est supérieure à 1 sur 100.000, une "manœuvre d'évitement des débris" sera effectuée si elle n'a pas d'impact significatif sur les objectifs de la mission. Si elle est supérieure à 1 sur 10.000, une manœuvre sera effectuée à moins qu'elle n'entraîne un risque supplémentaire pour l'équipage. Les manœuvres d'évitement des débris sont généralement de faible ampleur et ont lieu entre une et plusieurs heures avant le moment de la conjonction. La planification et l'exécution de telles manœuvres avec la station spatiale nécessitent environ 5 heures et font appel aux propulseurs russes de la station ou aux systèmes de propulsion de l'un des vaisseaux spatiaux amarrés. La station spatiale internationale a effectué 29 manœuvres d'évitement des débris depuis 1999, dont trois en 2020.
On a cependant enregistré 640 cas de ruptures, d’explosions, de collisions ou d’événements anormaux ayant entraîné une fragmentation. Actuellement, l’un des plus gros déchets spatiaux est le satellite d’observation de la Terre Envisat de 8 tonnes, mis en orbite en 2002 par l’ESA. Dix ans plus tard, l’agence a perdu tout contact avec lui, du jour au lendemain. On ne sait pas véritablement ce qui s’est passé. L’hypothèse la plus probable est que le satellite aurait subi une collision avec un déchet spatial.
L’orbite basse terrestre, située entre 120 et 2.000 kilomètres d’altitude, est de loin la plus encombrée : on y trouve principalement des satellites météorologiques et des satellites d’observation de la Terre, qui effectuent un tour complet de notre planète environ quatorze fois chaque jour. Et c’est là que les risques de collision sont les plus importants. Ecartons la problématique assez spécifique des orbites lointaines, de 20.000 km à 36.000 km, où se trouvent notamment les satellites GPS et équivalents et les plus gros engins de télécommunication. Des règles ont été fixées il y a vingt-cinq ans pour envoyer les satellites en fin de vie sur des orbites cimetières. La question qui se pose ensuite est plutôt l'intérêt économique d'aller ravitailler ou réparer un satellite plutôt que de le mettre au garage.
Deux options pour continuer d'exploiter les orbites basses : aller plus haut ou rester plus bas. C'est la première option qui a été choisie par la méga constellation OneWeb (environ 600 satellites). Cela pose néanmoins un problème immédiat : à 1.200 km, un objet met 2.000 ans avant de retomber sur Terre. Autant dire qu'il faut prévoir une solution de fin de vie.
Et puis il y a aussi les collisions « naturelles ». En avril 2024, le satellite d'observation spatiale Gaia de l’ESA, lancé en décembre 2013, a été frappé à grande vitesse par un micro-météoroïde, soit un minuscule grain de matière rocheuse, dont la masse ne dépasse pas le gramme, qui a provoqué une légère ouverture dans la couche extérieure de l'appareil … Dégâts mineurs, sauf que l'impact a permis à la lumière du Soleil de pénétrer à l'intérieur et d’endommager certains des capteurs d'un des deux télescopes spatiaux embarqués à son bord. Tout ça à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre.
Et l’orbite lunaire ! Certains imaginent même un scénario fou avec jusqu’à 1.000 objets en orbite sélène ! Par exemple, la sonde spatiale sud-coréenne Kplo a connu 40 « alertes rouges » de potentielles conjonctions avec d'autres sondes, en 18 mois, depuis son entrée en orbite lunaire en décembre 2022. Si une partie de ces alertes ont finalement été qualifiées de bénignes après traitement de données supplémentaires, et que d'autres alertes ont pu être évitées par une simple manœuvre de maintien en orbite de Kplo, dans trois situations, la sonde a dû faire une manœuvre spécifique pour éviter la sonde LRO de la Nasa, la sonde indienne Chandrayaan-2, ainsi que l'atterrisseur japonais Slim (avant son alunissage chaotique).
Le syndrome de Kessler
La question la plus brûlante est celle des orbites basses. A 800 km où l’on envoie préférentiellement les satellites d’observation, il y a mille fois plus de débris que de satellites actifs. Cette zone « pourrie », très polluée n’est pas interdite, et l’on peut toujours y envoyer des satellites, mais leur probabilité de destruction prématurée par collision est de 10 % aujourd’hui, ce qui constitue un risque inacceptable pour à peu près n'importe quel opérateur. Entre 700 km et 1.100 km d'altitude, la zone est devenue quasiment impraticable.
Et la situation ne semble pas près de s'améliorer. Le risque d'une série de collisions d'objets en cascade, créant des fragments qui, à leur tour, déclencheront d'autres ruptures collisionnelles, a été qualifié de « syndrome de Kessler ». Il a été théorisé en 1978 par l’astrophysicien américain Donald J. Kessler, qui prédit une inflation exponentielle du nombre de débris à cause des collisions en chaine de plus en plus nombreuses. C’est d’ores et déjà une réalité dans cette région. À 850 km, un risque particulier est présent : 20 débris de l’étage supérieur de l'ancienne fusée russe Zenit 2 dérivent dans un dangereux ballet. Certains mesurent plus de 9 mètres et pèsent plus de 9 tonnes. Quand deux d'entre eux entreront en collision -ce qui se produira fatalement un jour ou l’autre s'ils restent là- cela doublera instantanément le nombre actuel de débris de plus de 10 cm. À titre de comparaison, la collision accidentelle la plus emblématique s'est produite en 2009 entre le satellite Iridium 33 de Thalès en état de marche et un satellite de communication militaire russe hors-service, Kosmos 2251 : ils pesaient respectivement 560 kg et 900 kg et ont généré plus de 4.000 nouveaux débris avec leur choc à 11,7 km/s. Autant de débris qui se déplacent dans l’espace !
Bien que certaines régions en orbite basse (LEO) aient mathématiquement dépassé la densité critique d'objets garantissant que cela se produira, on ignore comment et à quelle vitesse ce phénomène se manifestera. Avec seulement quatre exemples connus de collisions entre deux objets catalogués, dont un seul catastrophique, il est difficile de prédire la séquence des événements dans les années ou les décennies à venir. D’autant que dans cette zone, la génération de débris par collision est supérieure à la part de destruction naturelle par retombée dans l’atmosphère, situation du syndrome de Kessler.
Désorbitation
Théoriquement, les opérateurs doivent faire en sorte que leur engin soit désorbité au bout de 25 ans. Mais cette norme n'est pas contraignante (sauf en France, pionnière sur cette question) et ne tient pas compte des risques de panne. C'est d'ailleurs dans cette optique que fleurissent les start-up et projets destinés au nettoyage de l'espace. L'Agence spatiale européenne (ESA) a chargé l’entreprise suisse ClearSpace de la première démonstration grandeur nature, prévue en 2026. Un petit morceau d'une centaine de kilos d'un étage supérieur de fusée Vega doit être attrapé par un satellite équipé de 4 bras articulés. Un peu comme un grappin de fête foraine, il devra capturer sa cible avant de la ramener dans l'atmosphère. ClearSpace a fait le choix de s’atteler au désorbïtage de gros objets « non coopératifs » car les premiers clients du marché seront probablement pour enlever ces gros objets en fin de vie ou en panne, qui présentent le plus de risques de créer des nuages de débris. Les satellites Oneweb sont clairement dans cette cible.
Pour stabiliser l’environnement, il faudrait retirer dix gros débris chaque année avant qu’ils ne se fragmentent. Une première liste des 50 plus gros débris à aller chercher en priorité a été publiée en 2021. Mais retirer ces débris en les faisant descendre jusqu’à leur désorbitation pour plonger dans le Pacifique, est un autre défi.
Ces désorbitations se font selon deux modalités : les retraits actifs, notamment quand il y a des humains dans une capsule ; et les désorbitations naturelles liées à la pression dynamique de l’atmosphère : 2.000 sorties en 2023, contre 2.800 arrivées en orbite. Plus l’objet est haut, plus il descend lentement : 10 ans pour un satellite à 400 km d’altitude, 2 siècles pour ceux à 800 km et 1.000 ans pour les objets à 1.000 km. Entretemps, ils risquent fort d’entrer en collision, notamment en orbite basse.
Pour continuer à exploiter l'orbite basse basse (400 km), où les satellites font le tour du monde toutes les 90 minutes, la seconde possibilité est de descendre à des altitudes inférieures, en dessous de 600 km. Auquel cas, la désorbitation naturelle sous l'effet des frottements de l'atmosphère résiduelle, est de l'ordre de 25 ans. C'est la stratégie choisie par SpaceX, qui a déjà déployé plus de 4.600 satellites Starlink vers 500 km. Dans cette zone, ce n’est plus tant la question des débris que celle de l'encombrement qui devient cruciale. Selon les projections il y aura entre 30.000 et 100.000 satellites actifs dans cette région d’ici à la fin de la décennie. Cela ne pose pas vraiment de risque de collision, car tous sont dotés de capacités de manœuvres et d'évitement. En revanche, les règles ne sont pas clairement établies et les situations de tension vont se multiplier de manière exponentielle. Dans ce contexte, il est urgent que les agences spatiales, les opérateurs et les États définissent un cadre réglementaire strict.
Autre nécessité, celle de connaitre le plus précisément possible les menaces qui pèsent sur tous ces satellites. Cela passe par la cartographie la plus minutieuses des débris les plus petits possibles. Lancé à 28.000 km/h, un boulon de quelques millimètres seulement peut vite se révéler fatal. Actuellement, la base de données la plus complète est fournie par tes militaires américains. Mais elle ne recense que les objets de plus de 10 cm, sans garantie de mise à jour ni marges d'incertitude. Une grande partie des manœuvres qui sont réalisées aujourd'hui pourraient être évitées si on connaissait plus précisément les trajectoires des objets. C'est cependant ce domaine de surveillance de l'espace qui est actuellement le plus mûr technologiquement.
En outre, la pratique des rentrées incontrôlées, qui consiste à laisser des satellites et des étages de fusée hors d’usage se consumer dans l’atmosphère, aggrave la pollution atmosphérique et crée un risque de chute de débris sur les personnes et les biens sur Terre. Les débris spatiaux ont aussi parfois des conséquences sur Terre. En 2020, les restes d’une fusée chinoise se sont écrasés sur un village de Côte d’Ivoire, sans faire de blessés. Heureusement, c’est un cas de figure extrêmement rare. La plupart du temps, ces déchets, soit environ 90 tonnes chaque année, tombent dans les océans, qui recouvrent 70 % de la surface de notre planète.
Nous sommes d’autant plus protégés que notre atmosphère agit comme un bouclier : chaque objet artificiel qui y entre subit une onde de choc qui le détruit partiellement, voire totalement, sous l’effet d’une chaleur intense. Aujourd’hui, seule 20 % de la masse d’un objet désorbité se retrouve à la surface du globe, notamment à cause de matériaux comme le titane, l’acier inoxydable ou le carbone. Reste donc le problème des 80 % du solde de la masse qui a brulé dans l’atmosphère, libérant des aérosols comme l’alumine ou la suie, qui touchent directement la couche d’ozone.
Services en orbite
Cette approche implique certaines innovations technologiques. Il n’y a pas actuellement de techniques permettant d’entretenir tous les engins spatiaux en orbite. Cependant, plusieurs entreprises et agences spatiales travaillent sur des technologies à même d’allonger la durée de vie opérationnelle des satellites. Avec, par exemple, des engins spatiaux capables de s’approcher des satellites vieillissants et de s’y amarrer, associés à des robots pour les réparer, les ravitailler et les mettre à niveau.
L’entretien des satellites en orbite fait ainsi l’objet de progrès. SpaceLogistics (filiale de Northrop Grumman) a mis au point un vaisseau spatial, le MEV (Mission Extension Vehicle), pour aider les satellites vieillissants à poursuivre leur activité. En 2020, il s’est amarré avec succès au satellite Intelsat 901, à court de carburant, et a utilisé ses propres propulseurs et son propre carburant pour manœuvrer l’ensemble formé, prolongeant ainsi la durée de vie opérationnelle du satellite.
Selon leur type, cela requiert d’autres techniques d’enlèvement variées, dont beaucoup sont inspirées de l’industrie de la pêche : certaines stratégies recourent à des filets, d’autres à des harpons, d’autres encore à des hameçons. Chaque approche a ses limites et ne fonctionne que pour un sous-ensemble des objets qui doivent être enlevés de l’espace orbital. Il est également très coûteux de récupérer les déchets spatiaux, quels qu’ils soient, car tout ce qui n’est pas activement contrôlé dans l’espace est en rotation aléatoire. Cela signifie que pour saisir un objet et l’extraire, il faut soit trouver un moyen de le stabiliser, soit faire en sorte que le satellite chargé de l’évacuation des débris épouse son mouvement. C’est ce à quoi s’emploie l’entreprise japonaise Astroscale qui a réussi en 2024 à maintenir une distance réduite (15 mètres) entre un satellite d’assistance et un étage de fusée hors service.
Pour gérer les risques de collision et en diminuer les conséquences, la solution la plus étudiée est jusqu’à présent d’aller nettoyer l’espace de ses plus gros débris. C’est ce que l’on appelle l’ADR, pour « Active Debris Removal ». On parle là de débris aussi importants qu’un étage du lanceur soviétique Zenit, qui fait 9 mètres et 9 tonnes, et dont 45 exemplaires circulent dans l’espace.
L’Agence spatiale européenne (ESA), en partenariat avec la start-up suisse ClearSpace, devrait lancer sa mission ClearSpace-1 en 2028. ClearSpace-1 utilisera quatre bras robotiques pour s’accrocher au satellite PROBA-1 de l’agence et l’extraire de son orbite. Le projet ambitionne de développer la capacité de cibler des objets complexes et de taille importante, tel qu’un étage du lanceur Vega situé en orbite basse depuis 2013.
Ces solutions pourraient être efficaces à long terme. Si l’on parvenait à enlever une dizaine de ces gros débris par an, la croissance cesserait d’être exponentielle, et sur 20 ans, on pourrait espérer stabiliser la situation générale. On peut envisager l’utilisation de lasers pour éliminer les petits débris par exemple, mais au nombre de un million de débris de 1 cm !
Cependant il y a un vrai frein : gros lasers, bras robotiques, les détournements possibles font vite peur : si on est techniquement capable de « tuer » ses propres débris, on serait alors capable d’agir sur des objets spatiaux « étrangers » … et là il y a une vraie notion de guerre de l’espace.
La technologie des fusées réutilisables que SpaceX continue à faire progresser constitue une étape positive pour y remédier. Les boosters de ses fusées Falcon 9, par exemple, sont capables d’atterrir verticalement après avoir été largués dans l’espace, et de voler à nouveau, après une étape de remise à niveau.
La start-up française Dark développe Interceptor, un engin qui peut être lancé à 10.000 m d’altitude, à partir d’un avion de ligne modifié, pour traquer les satellites hostiles.
L’engin effilé, ultra-compact, composé de deux étages, s’envole alors vers l’orbite terrestre basse, propulsé par des moteurs cryogéniques afin de neutraliser « un satellite butineur », qui se serait approché d’un peu trop près d’un autre, l’espion ayant été repéré moins de 48 heures plus tôt.
Son deuxième étage, très manœuvrant grâce à ses 30 moteurs auxiliaires, va capturer et désorbiter le satellite ennemi avec ses pinces robotiques. Puis il le neutralisera et le détruira, en le précipitant, à travers l’atmosphère terrestre, dans le Pacifique sud, au point Nemo, le pôle d’inaccessibilité maritime (Point le plus éloigné de toute terre émergée, c’est devenu un cimetière d’objets spatiaux en tout genre.)
Contrairement aux micro - ou mini-lanceurs, empêchés de décoller en cas de météo défavorable, Interceptor a plus de flexibilité et une disponibilité proche de celle d’un avion de ligne. Il peut aussi intervenir sur tous les plans orbitaux, jusqu’à 2.000 km de la Terre, attraper un satellite d’une tonne à 1.000 km de la Terre et le neutraliser sans générer de débris.
Ce type d’interventions en orbite devrait être testé au tournant de la prochaine décennie. Les États-Unis, la Chine et l’Europe, avec trois projets recensés en Allemagne, Italie et France, développent ces armes anti-satellites équipées de pinces, filets et harpons. Ils défendront les infrastructures spatiales militaires, indispensables aux armées au sol, aux avions de combat, aux missiles et aux drones, contre des attaques hostiles en orbite.
Des amendes !
Grande première : le 02 octobre 2023, la Commission américaine des communications (FCC) a d’infligé une amende à une entreprise du secteur spatial ayant abandonné l’épave d’un satellite sur une orbite jugée dangereuse. Dish Network a écopé d’une peine financière de 150.000 dollars. L’objet du délit est EchoStar-7, un satellite de télédiffusion haute résolution placé en orbite géostationnaire en 2002.
Or, dix ans plus tard, alors que la firme s’était engagée à envoyer l’objet 300 kilomètres plus haut, vers ce qu’on appelle « l’orbite cimetière », où le risque de collisions avec des engins spatiaux est moins élevé, Dish Network ne l’a propulsé qu’à 122 kilomètres, faute d’assez de carburant. Et ce manquement n’a pas manqué à la FCC.
Mais la politique spatiale mondiale actuelle est un patchwork de réglementations fragmentées, souvent en retard sur les avancées technologiques et les besoins évolutifs des activités spatiales, et qui entrave les collaborations internationales. Les gouvernements qui autorisent le lancement de vaisseaux spatiaux sont responsables des dommages que ces engins peuvent causer. Cependant, aucun d’entre eux ne met en place des structures pour récupérer ses déchets spatiaux. En outre, il n’existe actuellement aucun mécanisme juridique permettant de transférer la responsabilité des dommages d’un « État de lancement » à un autre. Cela complique la mise en place d’une loi sur la gestion physique de l’espace.
L’activité solaire accélère la chute des satellites !
Une nouvelle menace semble se profiler car l'activité solaire réduirait la durée de vie de ces satellites.
Le Soleil suit un cycle d'activité de 11 ans, qui culmine lors du « maximum solaire », le dernier ayant eu lieu fin 2024. Durant ces périodes, les éruptions solaires provoquent des tempêtes géomagnétiques qui réchauffent l'atmosphère terrestre. Celle-ci se dilate alors, augmentant la traînée sur les satellites en orbite basse et accélérant leur descente vers la Terre. C’est ainsi que les satellites, en particulier ceux de Starlink, chutent plus rapidement que prévu ; leur durée de vie pourrait être réduite de 10 jours.
Entre 2020 et 2024, 523 satellites Starlink ont été suivis lors de leur réentrée, la plupart brûlant entièrement dans l'atmosphère. Et lors d'événements géomagnétiques majeurs, le délai de réentrée pour les satellites situés à moins de 300 km d'altitude est passé de 15 à 5 jours. C'est la première fois dans l'histoire qu’autant de satellites réentrent en même temps.
Pour certains experts, cette accélération n'est pas qu'un problème. Elle permet en effet de débarrasser plus vite l'orbite des satellites hors service, réduisant ainsi le risque de collisions. Mais cela complique aussi l'exploitation des orbites très basses (moins de 400 km).
Autre inquiétude : des ré-entrées plus rapides pourraient empêcher la désintégration complète des satellites, augmentant le risque que des débris atteignent le sol. En août 2024, un morceau de 2,5 kg d'un satellite Starlink a été retrouvé sur une ferme au Canada, un cas unique selon SpaceX. Mais la question demeure : combien d'autres débris pourraient passer inaperçus, notamment dans des régions moins surveillées ?
Et la perturbation du champ magnétique terrestre …
La mise en orbite constante de nouveaux satellites pour disposer d'internet partout sur Terre pourrait perturber la magnétosphère de notre planète. La magnétosphère est une région englobant tout objet céleste au sein de laquelle les phénomènes sont régis par le champ magnétique de cet objet. Dans le cas de notre planète, cette région s'étend de 800 à 1.000 kilomètres d’altitude. C'est en quelque sorte une bulle qui isole la planète des phénomènes néfastes de l'univers. Ainsi, c'est la magnétosphère qui dérive les vents solaires ou les rayons cosmiques présents dans l'espace.
Mais cette protection serait mise en danger par les déchets spatiaux générés par les satellites. Les spécialistes observent déjà ce danger avec une dizaine de milliers de satellites actifs autour de la Terre ; ils sont en mesure de montrer une signature électrostatique apparente d'origine humaine dans le sillage d'un vaisseau spatial, créant des interférences avec le champ électrique de la Terre. Ils s’inquiètent donc pour les prochaines années qui promettent à terme de dépasser le million d'engins en orbite.
Principale cause : les méga constellations. Ainsi l’ensemble d'unités Starlink en orbite basse promet de donner accès à internet à tout le monde, n'importe où sur Terre, en se connectant directement à ses satellites à l'aide d'un récepteur. Une solution qui fait des envieux et génère de nombreux projets similaires.
Seul problème : leur durée de vie n'est pas infinie. Ces satellites doivent donc continuellement être remplacés à intervalles réguliers. Sauf qu'une fois qu'un exemplaire est hors service, il est dévié de sa trajectoire pour retomber sur Terre. Et dans sa chute, il se désintègre grâce à la chaleur provoquée par les frottements dans l'atmosphère. Contrairement aux météorites, qui sont petites et ne contiennent que des traces d'aluminium, ces épaves d'engins spatiaux sont grosses et entièrement constituées d'aluminium et de matériaux exotiques hautement conducteurs. Or, les matériaux hautement conducteurs peuvent créer des effets de charge et agir comme un bouclier magnétique.
L'accumulation de ce type de déchets dans l'atmosphère pourrait capter ou dévier le champ magnétique de la Terre.
Sources : NASA et Le Figaro - Tristan Vey – 20 jun 2023 / Géo - Guillaume Pajot – 17 déc 2023 _ Pierre Monnier 22 avr 2024 / Futura - 15 jul 2024 / Pour la Science - Moriba Jah - 17 mars 2025 / Christophe Bonnal /