• Judith Biernaux

Espace et écologie (partie 1) : la conquête spatiale pollue-t-elle la terre ?

Il y a un an, un collectif de chercheurs engagés pour le climat publie dans le journal Libération une lettre ouverte à l'astronaute Thomas Pesquet. Ils lui demandent de prendre publiquement position contre la conquête spatiale irréfléchie au vu de la catastrophe climatique sur Terre. La lettre vise particulièrement la colonisation martienne et le tourisme spatial. Aujourd'hui, des méga-constellations comme Starlink inquiètent les astronomes soucieux de préserver le ciel de nuit. L'exploration spatiale présente-t-elle un véritable risque pour le climat ?


Thomas Pesquet à bord de l'ISS en 2017. Image : ESA.

Depuis l’automne 2018, l’Atelier d’Écologie Politique de Toulouse rassemble 80 scientifiques de tous horizons en vue d’élaborer des solutions à la catastrophe écologique en cours. Une dizaine de ses membres ont signé une lettre ouverte à Thomas Pesquet, jeune astronaute français qui brille par ses capacités de pédagogue : il partage sur les réseaux sociaux son séjour dans la Station Spatiale Internationale en 2016-2017, ce qui génère un engouement massif. Depuis son retour, il poursuit ses activités éducatives auprès des plus jeunes, insistant sur la fragilité de la Terre. Il confie à l’AFP que "De voir la planète, de voir sa fragilité, de prendre du recul, cela permet d’apprécier cette fragilité-là. (…) On n'a pas conscience à quel point l'atmosphère c'est mince (...), à quel point on est capable d'abîmer la planète, à quel point il faut la protéger."


Suite à cette déclaration, les auteurs de la lettre invitent Thomas Pesquet à une réflexion sur le sens de la conquête spatiale à l’ère du désastre écologique actuel. Pour limiter les allers-retours en fusée, qu’ils jugent responsable de pollution, ils suggèrent un moratoire sur le tourisme spatial et la conquête martienne. D’après leur texte, « L’humanité n’a pas une nécessité urgente à quitter la Terre, mais elle a une nécessité urgente à trouver comment y rester avec des conditions de vie décentes pour tous. » Prudents, les signataires se déclarent « scientifiques sans êtres spécialistes de la conquête spatiale ».


Qu’en est-il en réalité du lien entre exploration spatiale et catastrophe écologique ? Dans quelle mesure les fusées sont-elles coupables de pollution ? Et si au contraire, la conquête spatiale pouvait contribuer à des solutions contre le changement climatique ?



La pollution atmosphérique


Une fusée Ariane 5 décolle de Kourou en juillet 2018. Image : afp.com/jody amiet

Les images de lancement de fusée montrent souvent d'épais nuages grisâtres lors de la mise à feu. Pour décoller, les fusées doivent brûler du carburant. En aéronautique, ces carburants sont appelés ergols, et peuvent avoir des natures bien différentes. Par exemple, la fusée Ariane 5 utilise principalement de l'hydrogène et de l'oxygène liquides, dont la combustion ne dégage pratiquement que de la vapeur d'eau. Cependant, elle utilise aussi des boosters à ergol solide, soit de la poudre, dont la combustion génère des particules polluantes, qui alourdissent le nuage de vapeur d'eau et retombent en gouttelettes au pied du site de lancement. D'autres fusées, comme les récentes Falcon, utilisent du kérosène, un combustible fossile équivalent à l'essence de nos voitures. Ce dernier est également utilisé dans l'aviation, et dégage des gaz à effet de serre, comme du dioxyde de carbone.


Cependant, les lancements de fusée ne représentent qu'une infime contribution à l'effet de serre, comparativement aux avions, par exemple, qui comptent pour presque 5% du total des émissions humaines. Certes, un lancement de fusée consomme trois fois plus de carburant qu'un vol Bruxelles-New-York, mais les vols en avion sont bien plus fréquents que les décollages de fusée : une à deux fusées environ quittent la Terre par semaine, par opposition aux dizaines de milliers d'avions qui la survolent chaque jour. Les lancements de fusée ne contribuent pas significativement aux émissions humaines de gaz à effet de serre. Il existe toutefois une pollution plus importante spécifique aux lancements de fusée, celle de la couche d'ozone stratosphérique.


Aller plus haut


La stratosphère est la couche d'atmosphère située entre 10 et 50 km au-dessus de la surface terrestre. Elle abrite l'ozone stratosphérique, qui absorbe une grande partie des rayons UV du Soleil nocifs pour la vie sur Terre. Or, à chaque décollage de fusée, des molécules gazeuses appelées radicaux sont libérées. Ces molécules sont réactives : elles adorent former des liaisons chimiques avec d'autres molécules, y compris l'ozone. Une source considérable de production de radicaux dans la stratosphère est justement… la vapeur d'eau. Ainsi, en injectant directement dans la stratosphère de la vapeur d'eau (entre autres), les fusées contribuent à l'amincissement de la couche d'ozone. Elles sont en plus parmi les seuls engins humains à parcourir toute l'épaisseur de la stratosphère.

Le plus grand trou dans la couche d'ozone jamais observé au-dessus de l'Antarctique, en bleu, en septembre 2006. Image : NASA.

Posons la question de l’importance de cette source de pollution anthropique par rapport à d’autres. Avant les années 1980s, l'humanité usait et abusait de gaz nocifs pour l'ozone stratosphérique, notamment dans les sprays aérosols et réfrigérants avec les fameux CFC. À la suite du protocole de Montréal interdisant ces gaz, l'amincissement de la couche d'ozone a été quelque peu endigué. Ce protocole ne tenait cependant pas compte de l'industrie spatiale, et pour cause : la perte d'ozone causée par les émissions des fusées atteint péniblement les 1% de la perte totale, pas dominante donc.


Il faut cependant garder à l'esprit qu'avec le boom de l'industrie spatiale anticipé pour les décennies à venir, et les nombreux aller-retours de fusée qu'il engendrera, des régulations semblables au protocole de Montréal s'avèreront sans doute pertinentes.


Le New Space, l’espace comme marché commercial


En effet, le secteur spatial, en pleine mutation, se tourne de plus en plus vers des modèles de missions avec des satellites plus simples mais plus nombreux, qui voleront en formations massives autour de notre planète, en constellations. Cette nouvelle approche baptisée New Space a émergé au début de la décennie 2010.


Les missions en constellation sont adaptées aux besoins des futurs consommateurs du marché du New Space. L’Internet of Things et ses milliers d’objets connectés reposeront sur des fournisseurs spatiaux d’accès à Internet. En parallèle, la miniaturisation des électroniques permet d’alléger considérablement le design de ces instruments. Plus légers, ils coûtent moins cher à embarquer dans une fusée. Il devient donc aisé, même commun, d’envoyer des engins à bord de fusée. Tout cela promet une augmentation considérable du nombre de lancements annuels dans les décennies à venir. Une réflexion écologique devrait certainement accompagner cette croissance : fusées moins gourmandes en énergie, carburant plus vert… et surtout, stratégie de retour des instruments sur Terre. En réalité, c'est l'espace lui-même, au-delà de notre propre atmosphère, qui subit la plus importante pollution liée à l'exploration spatiale, une pollution d'encombrement.


La pollution spatiale


Si des extra-terrestres existaient et observaient la Terre, ils verraient avant tout une immense poubelle. Notre environnement spatial immédiat est devenu un gigantesque dépotoir à instruments spatiaux désactivés.


Image de la constellation GPS et de ses 25 satellites. Image : GPS.gov

Il existe deux grandes familles d'orbites autour de la Terre qui représentent les zones de l'espace les plus habitées par des satellites : les orbites géostationnaires, autour des 36 000 km d'altitude, et les orbites basses, entre 300 et 2000 km d'altitude environ. Le choix de l'orbite d'un instrument spatial dépend de sa fonction. Les orbites basses sont prisées par le secteur des télécommunications parce qu'elles offrent une bonne transmission de signaux jusqu'au sol. Les orbites géostationnaires ont la particularité de permettre à ses occupants d'observer toujours la même zone du globe, et présente donc une utilité en météorologie par exemple. Entre ces deux gammes, on parle d'orbite moyenne, et celles-ci ne sont pas en reste puisqu'elles abritent notamment la plupart des satellites de navigation, comme le GPS.


Les instruments spatiaux une fois arrivés en fin de mission s’éteignent sur leur orbite. Les géostationnaires sont le plus souvent rejetés sur des orbites "poubelle", environ 300 km encore plus loin de la surface terrestre. Cette stratégie permet de dégager les orbites géostationnaires, utiles, et d'ainsi protéger les satellites actifs d'éventuelles collisions, mais ne fait que reporter le problème de ses déchets un peu plus loin. Pour les orbites basses, plus simple : on ne fait rien. Les objets inertes laissés en orbites ont tendance, à cause de la gravité terrestre, à redescendre doucement vers la surface, en se désintégrant au passage au contact de l'atmosphère terrestre. Cette descente d'orbite jusqu'à la chute peut prendre plusieurs années pour les satellites les plus bas et plusieurs dizaines pour les plus hauts (y compris certaines orbites moyennes). Le Bureau des affaires spatiales des Nations Unies a observé le lancement de 382 objets en 2018, contre 453 objets en 2017. Le voisinage spatial de la Terre se remplit donc beaucoup plus vite qu'il ne se vide.


Le syndrome de Kessler


Des orbites plus encombrées signifient un risque de collision croissant. C’est pourquoi les débris spatiaux sont traqués en permanence, notamment par les antennes radar du NORAD (North American Aerospace Defense Command). Malheureusement, certains débris peuvent passer sous le radar. Sur les orbites basses, les débris spatiaux ne peuvent être détectés que s’ils mesurent au moins une dizaine de centimètres. Sur les orbites plus lointaines, ce sont les débris d'au moins 1 m qui se laissent repérer. La miniaturisation des satellites n'est donc pas forcément du goût des radars...


Le Bureau des Débris Spatiaux de l'Agence Spatiale Européenne (L’ESA) recense environ 4900 satellites en orbite en 2019, dont seulement 2000 sont encore fonctionnels, soit 40%. Plus fort encore : d'après l'ESA toujours, un total de 23 000 objets sont suivis par les réseaux de surveillance des débris. Les débris spatiaux ne sont pas que des satellites inactifs, il peut aussi s'agir de morceaux de fusée (les fusées se séparent progressivement de leurs étages au fur et à mesure de leur trajectoire, et les étages supérieurs, lâchés en dernier, peuvent rester en orbite), ou toute autre pièce d'équipement spatial entier ou endommagé.


Une collision entre un satellite actif et un débris spatial serait dangereuse : un débris même minuscule, de l'ordre du millimètre, pourrait endommager sérieusement des équipements optiques ou électroniques, à cause des grandes vitesses de collisions. De plus, une collision entre deux objets massifs peut en détruire l'un, ou les deux, en plus petits morceaux qui deviendraient à leur tour des débris spatiaux. Plus petits, les résidus de collisions sont plus difficiles à détecter et représentent donc un risque additionnel. Plus l'espace est encombré, plus il y a de risque de choc, et plus il y a de chocs, plus l'espace est encombré. Cet effet d'avalanche porte le nom de syndrome de Kessler, et pourrait conduire purement et simplement à une impossibilité d'accéder à l'espace, les orbites devenant toutes trop encombrées.


Que faire alors ?


Vue d'artiste de e.Deorbit attrapant un satellite. Image : ESA.

L’ESA encourage des actions de mitigation pour les futurs satellites. Ceux-ci devront s’équiper de détecteurs anti-collisions, pour limiter l'effet d'avalanche, et devront calculer leur orbite de sorte que la rentrée atmosphérique des objets en orbite basse ne prenne pas plus de 25 ans. Outre ces mesures préventives, l'ESA planche également sur des activités de nettoyage de notre voisinage spatial.


L’ESA entrevoit notamment une mission qui devrait décoller en 2023, baptisée e.Deorbit. Cette mission digne de la science-fiction a pour objectif d'envoyer un vaisseau équipé de bras robotiques, un peu comme des tentacules, ou de grands filets de pêche capable de saisir un satellite hors-service et de le changer son cap, pour le repousser vers la Terre en toute sécurité. Le premier satellite visé par cette mission n'est autre qu'Envisat, le plus gros satellite d'observation de la Terre, avec ses 25 mètres de longueur et 10 mètres de largeur tous panneaux solaires déployés. Lancé en 2002, Envisat a poussé son dernier soupir en avril 2012, date à laquelle le contact avec la Terre a été interrompu de manière inexpliquée. Sans cette mission de nettoyage, le parcours d'Envisat depuis son orbite à 800 km d'altitude jusqu'à la rentrée atmosphérique pourrait prendre 150 ans.


La mission e.Deorbit est encore à l'état de projet, mais ce genre de processus de nettoyage pourrait devenir plus fréquent à cause du New Space. Des entreprises privées sont déjà sur le coup et les idées y fourmillent. Citons par exemple la jeune start-up japonaise Astroscale, autoproclamée "balayeur de l'espace". Cette entreprise développe plusieurs prototypes de solution, tels des mini-satellites qui viendraient se coller aux débris et leur communiquer la poussée nécessaire à les rediriger vers notre planète.


Outre le retrait pur et simple des débris, l'ESA commence aussi à envisager de les "ressusciter". Des véhicules de service pourraient être lancés vers les satellites hors-service et les réparer, les réactiver, ou simplement "refaire le plein", recharger leurs batteries. Prolonger la vie de satellites déjà en orbite permettrait d'en lancer moins. La prise de conscience au niveau des débris spatiaux a déjà bien eu lieu au sein des acteurs de l’industrie spatiale. Le chemin vers une ou plusieurs solutions semble long mais inévitable.


De plus en plus d’objets dans l’espace représente un autre risque potentiel, plus souvent associé à l’urbanisation : la pollution lumineuse. La suite de cette discussion dans le prochain post...

Sources


Lettre ouverte à Thomas Pesquet, Libération


The Aerospace Corporation, "The Policy and Science of Rocket Emissions", Martin Ross et James A. Vedda, (2018)


University of Colorado at Boulder, "Rocket Launches May Need Regulation To Prevent Ozone Depletion, Says Study.", ScienceDaily, 1 April 2009


Martin Ross , Darin Toohey , Manfred Peinemann & Patrick Ross (2009) Limits on the Space Launch Market Related to Stratospheric Ozone Depletion, Astropolitics, 7:1, 50-82, DOI: 10.1080/14777620902768867


Where Satellites Go When They Die, D. Engber, Slate, April 2005


Marcher sur la lune, est-ce bon pour la planète? N.S. Rastogi, Slate, 19 novembre 2009


Scientific American Can Space Travel Be Environmentally Friendly ? Scientific American, Michael Burnham, May 27, 2009


Nouveaux services en orbite: l’Europe va-t-elle rater le coche ? Le Figaro, A. Sauzay 21 Juin 2019


Page Web d'Astroscale


Cosmic Clean-Up: Wild Ideas to Sweep Space, Space.com, Jeanna Bryner March 19, 2008


Space Littering Can Impact Earth’s Atmosphere, Space.com, Leonard David May 19, 2009

0 vue

© 2023 par La Couleur. Créé avec Wix.com