DÉBRIS SPATIAUX

Les rentrées aléatoires dans l’atmosphère

En premier lieu, les débris spatiaux font courir un risque aux populations au sol. Les orbites terrestres jusqu’à une altitude de 1 500 kilomètres environ ne sont pas stables : elles subissent une usure progressive due à l’atmosphère résiduelle qui subsiste même à très haute altitude. Cette atmosphère engendre une pression dynamique sur les objets orbitaux, source d’une décélération qui elle-même induit une trajectoire en spirale, l’objet orbital descendant progressivement et de plus en plus rapidement au fur et à mesure que l’atmosphère devient plus dense. À la fin de cette spirale, le corps spatial pénètre dans les hautes couches de l’atmosphère, vers 120 kilomètres d’altitude, et subit alors une rentrée atmosphérique rapide. Celle-ci se traduit par une très forte augmentation des efforts mécaniques et thermiques sur l’objet spatial, qui se fragmente alors et se vaporise sous l’effet d’une température atteignant plusieurs milliers de degrés. Malheureusement, cette vaporisation peut ne pas être complète. En effet, dans un certain nombre de cas, une proportion importante du satellite ou de l’étage peut survivre à la rentrée atmosphérique. C’est le cas notamment des matériaux réfractaires, conçus pour supporter de fortes températures, comme le titane ou certains aciers, ou des structures massives qui fondent en pénétrant dans l’atmosphère, mais n’ont pas le temps de disparaître complètement avant l’impact au sol. C’est le cas également des structures imbriquées, type « poupées russes », où la structure externe fond en premier, puis la seconde, etc., mais où la couche la plus interne n’a pas le temps d’être atteinte par les flux thermiques avant l’impact au sol. Enfin, c’est le cas pour des structures très grandes et légères, comme des tôles fines d’aluminium, freinées à très haute altitude puis descendant doucement comme une feuille morte. Ainsi, on considère qu’environ 10 à 20 p. 100 de la masse d’un gros objet orbital survit à sa rentrée atmosphérique. Les exemples ne manquent pas : le plus célèbre concerne Skylab, station spatiale de 80 tonnes en orbite, rentrée dans l’atmosphère de façon incontrôlée le 11 juillet 1979 et dispersant environ 20 tonnes de débris dans l’océan Indien et sur l’Australie ; régulièrement, l’étage supérieur d’un lanceur américain Delta II – il en reste encore une centaine en orbite – rentre dans l’atmosphère, accompagné systématiquement d’un gros réservoir (225 kg), d’une chambre de combustion de moteur-fusée et d’une sphère de pressurisation qui vont percuter le sol.

La prévision du point de retombée d’un satellite incontrôlé est complexe, les principales incertitudes provenant de la modélisation de l’atmosphère, de l’orientation inconnue du satellite et du manque de mesures de localisation permettant un recalage fréquent des estimations. La précision atteinte pour les prévisions de retombée est de l’ordre de 10 p. 100 du temps restant : dix jours avant la retombée, la précision est de l’ordre d’un jour, soit environ quatorze orbites et, la veille de la retombée, le lieu de rentrée n’est connu qu’à une ou deux orbites près, soit 40 000 à 80 000 kilomètres. On connaît ainsi la trace au sol des lieux possibles de retombée mais, comme on ignore l’instant précis de la rentrée dans l’atmosphère, on ne sait en général même pas dire quel continent sera affecté. À titre d’exemple, une erreur de deux minutes sur l’heure de rentrée se traduit par un[...]