De Spoutnik à Starlink

La course à l’espace est mondiale

Quelques mois après le lancement de Spoutnik1 par l’URSS le 4 octobre 1957, les États-Unis placent en orbite le satellite Explorer1 le 31 janvier 1958. Dans le contexte de guerre froide de l’époque les objectifs des missions spatiales de ces deux pays sont essentiellement scientifiques et militaires et il faudra attendre 1960 pour qu’ils commencent à envoyer de satellites météo et des satellites et de télécommunication autour de la planète.

D’autres pays s’intéressent également aussi aux applications prometteuses des technologies spatiales. Il envoient d’abord leurs satellites en orbite avec les lanceurs américains (Royaume Uni, Canada, Italie.. ). En 1965 la France est le troisième pays qui effectue de manière autonome une mise en orbite d’un satellite, Astérix, avec un lanceur national la fusée Diamant-A.

Elle sera suivie par le Japon (1970), la Chine (1970), le Royaume-Uni (1971), l’Inde (1980), Israël (1988), l’Ukraine (1992), la Turquie (1994), l’Iran (2009), la Corée du Nord (2012), la Corée du Sud (2013) qui disposent de leurs propres lanceurs et font partie du club des « puissances spatiales » au sein de l’ensemble des 96 pays qui ont exploit é au moins un satellite (OCDE, 2023)

Progression en nombre

Le nombre de satellites en orbite croit d’abord lentement jusqu’au début des années 2010. Il ya 300 satellites actifs en 2000 et près de de 1000 en 2010. Puis, le nombre de programme augmente et l’on dépasse le nombre de 200 objets lancés par an en 2013 et c’est en 2019 débute la spectaculaire accélération des mises en orbite, avec le lancement des premiers satellites de la constellation Starlink .

2500 satellites qui ont été lancés en 2023 et près de 2900 en 2024. Actuellement, il y a plus 10.000 satellites autour de la Terre et la masse de matériel en orbite s’élève à plus de 13 000 tonnes. En 2030, il pourrait y avoir 80.000 satellites autour de notre planète, si toutes les constellation en projet sont déployées : Starlink (42.000 sat), Kuiper d’Amazon (3.200 satellites), programmes chinois Qianfan (15.000 satellites) et Geespace (6000 satellites)…

Les satellites rendent de nombreux services

Si l’utilisation scientifique et militaire est à l’origine du développement des satellites, il est rapidement apparu que la mise en orbite de ces objets nouveaux pouvait servir dans de nombreux autres domaines

Principales applications

Les télécommunications de toute nature. Les satellites de télécommunications, ont d’abord été utilisés pour des communications téléphoniques longue distance puis pour la diffusion de programmes télévisés et plus récemment pour les connexions internet à haut débit notamment pour des utilisateurs isolés ou résidant dans des zones peu ou pas équipées.

La localisation et la navigation qui permettent de connaître la position et déterminer le trajet d’objets sur terre ou en mer et dans les airs. L’application la plus connue est la géolocalisation et le guidage de précision via la puce GPS contenue dans les smartphones. Ces satellites de positionnement sont également très utiles pour effectuer des relevés topologiques et /ou des cartographies fonctionnelles utiles pour définir le tracé des routes, l’emplacement de barrages ou le positionnement des antennes relais des réseaux de télécommunications. Ils sont aussi employés pour l’observation es mouvements terrestres (tectonique des plaques, volcanologie), pour agriculture et la pêche de précision, pour le guidage des avions et pour le repérage des radiobalises de détresse.

L’observation de la Terre dans un but scientifique (niveau des océans, température de l’atmosphère…) ou économiques (ressources minières, agriculture,…). L’application qui nous est le plus familière est la météorologie avec ses prévisions régulièrement mises à jour. Grâce au satellites d’observation on peut aussi anticiper de la propagation d’épidémies par localisation des zones à risques (par exemple le paludisme par repérage de l’émergence de lieux favorables à la reproduction des moustiques), adapter des activités agricoles en fonction des prévisions de température, de pluviométrie, etc.

La recherche académique (notamment astronomie et physique fondamentale avec les télescopes spatiaux).

Last but not least, la capacité des satellites à collecter sur de longues périodes de temps des informations précises sur la planète en font des outils pertinents en climatologie en croisant des données océanographiques, atmosphériques et terrestres.

Où sont les satellites ?

On distingue trois classes d’orbites géocentrique selon leur altitude : l’orbite basse (de 160 km à 2000 km d’altitude, l’orbite moyenne (de 2000km à 35 786 km d’altitude) et l’orbite géosynchrone (35 786 km d’altitude) où sont placés les satellites géostationnaires.

Orbite basse – Plus de 90 % des satellites circulent en orbite bas, on y trouve les satellites de télédétection utilisés pour la météorologie (Météosat,…), pour l’imagerie terrestre (SPOT,…), pour l’analyse de l’environnement (ENVISAT), pour le renseignement (Hélios) et les constellations de satellites les satellites de télécommunications (Iridium, Globalstar, Starlink, OneWeb…).

Orbite moyenne – Y sont placés les satellites des systèmes de navigation Galiléo, Glonass, Beidu

Orbite géosynchrone – On y trouve principalement les gros satellites de télécommunication de type diffusion radio ou télévision (Intelsat) ainsi que satellite d’alerte précoce (pour la détection de lancements de missiles balistiques et d’essais nucléaires), des satellites météorologiques (GOES, Himawari) et des satellites-relais destinés aux activités spatiales (TDRS, Loutch, Artemis)

Effets indésirables de la multiplication des satellites dans le ciel

Prolifération des débris

La mise en orbite d’un satellite artificiel génère des débris lors de leur lancement (derniers étages du lanceur), quand il sont déployés (cache des optiques des caméras embarquées, réservoirs largables). Les débris résultent aussi de fragmentations consécutives à une explosion ou une implosion des pièces qui le constituent (batteries, réservoirs), de la destruction intentionnelle du satellites et de collision de satellites avec les débris qui s’accumulent dans l’espace avec le temps.

A ce jour, on décompte 36 000 objets de plus de 10 cm dans l’espace, dont 30 000 sont catalogués (et donc suivis par des systèmes de détection). On estime qu’il y a un million de débris de plus d’un centimètre et vraisemblablement plus de 150 millions de débris de plus d’un millimètre. La masse totale de ces débris en orbite est de l’ordre de 10.000 tonnes.

En nombres, le problème que pose la présence de ces débris semble relatif car l’Espace est grand. Ainsi dans la zone la plus polluée, à 800 km d’altitude, si l’on prends un cube de 10 km de coté on y trouvera en moyenne 5 débris de 1 mm ou plus. Cependant, à cette altitude, il y a mille fois plus de débris que de satellites actifs et leur risque de disparition prématurée par collision s’élève à 10 %

Par ailleurs il faut tenir compte de la très grande vitesse, 7 à 8 km/s, de ces objets en mouvement l’énergie cinétique est colossale. Ainsi Ainsi lors d’une collision, un débris de 1 mm libère la même énergie qu’une boule de bowling lancé à 100 km/h !

Dans la liste des collisions débris versus satellites on peut citer la destruction du satellite militaire français CERISE en 1995, l’impact large de 40 cm provoqué par un débris d’une taille d’1 mm sur un des panneaux solaires du satellite Sentinel-1 en 2016, le choc d’une particule sur un bras articulé de la Station Spatiale internationale (ISS) en 2021.

L’augmentation du nombre de satellites en orbite accroît le nombre de débris en mouvement et en orbite basse, zone la plus encombrée , la production de débris par collision est supérieure à la disparition naturelle par retombée dans l’atmosphère. Cela risque de provoquer un emballement et une réaction en chaîne appelée le syndrome de Kessler (du nom de l’astrophysicien qui l’a théorisé en 1978).

Retour sur Terre

Lors de leur désorbitation les satellites sont en partie brûlés lors de leur rentrée dans l’atmosphère et 20 % leur masse atteint la surface du globe. Concrètement cela représente au moins un débris de plus de 10 cm chaque jour comme on a pu l’observer au Kénya en décembre 2024 et en Pologne en février 2025 par exemple.

Pollutions physiques et chimiques

La lumière réfléchie par les objets présents en orbite basse augmente la luminosité du ciel ce qui gêne de plus en plus les observations astronomiques en limitant la performance des télescopes. De même que les ondes radio émises par les satellites interfèrent avec les instruments de radio-astronomie. Le rapport publié à ce sujet par l’Union astronomique internationale (UAI) signale que ces pollutions risquent limiter l’observation et le positionnement des astéroïdes ou comètes croisant la trajectoire de la Terre et de compromette la protection planétaire.

Actuellement, les lancements de fusées relarguent dans l’atmosphère près 1 000 tonnes de suie par an. Dans la stratosphère (20-50km d’altitude) cette suie, constituée de particule de carbone aussi appelées carbone noir absorbe l’énergie solaire et provoque une augmentation des températures. D’après les recherches menées en 2022 par la National Oceanographic and Atmospheric Administration américaine (NOAA) le décuplement des lancements de fusées est attendu au cours des 20 prochaines années injecterait dans la stratosphère assez de carbone noir pour accroître les températures stratosphériques mondiales de 0,5 à 2 °C.

Comme cela a été mentionné plus haut 80 % de la masse des objets revenant sur terre est consumée dans l’atmosphère, libérant entre autres, des particules d’aluminium dont l’oxydation produit de l’alumine connue pour sa capacité à altérer la couche d’ozone.

Comment nettoyer l’espace

Débarrasser l’espace de ses débris et prévenir les pollution va demander un travail colossal auquel toutes les parties prenantes doivent contribuer :

– Techniquement : 1/ par la réduction des risques de collision : surveillance, déviation de la trajectoire de satellites menacés, diminution de la production des débris par une conception adaptée, … 2/ En récupérant les plus 50 débris les plus dangereux avant qu’ils ne se fragmentent comme le suggère le C NES. Si Un telle opération est évidement très coûteuse elle est impérativement nécessaire.

– Juridiquement : les règles de bonne conduite, non contraignantes ont été mises à jour en avril 2023 par la Space Safety Coalition. Elles sont encore insuffisantes dans le contexte de concurrence qui prévaut dans le secteur spatial commercial. A ce égard a mise en place d’une réglementation internationale constitue l’un des défis à relever sans attendre pour préserver l’Espace de dommages irréversibles.

La perspective d’encombrement de l’Espace est telle qu’il est indispensable de clarifier la gouvernance des activités spatiales et de l’utilisation des satellites. C’est à ce prix que l’Espace restera toujours un bien commun.

Références

ESA’s Annual Space Environment Report, July 2024

Satellites et environnement Journée d’échanges Arcep – ADEME- CNES, Novembre 2023

Les risques de l’exploration spatiale Daniel Kunth in Raison présente, 2021

Pollution spatiale état d’urgence Christophe Bonnal (Belin), Août 2016

Xavier Drouet

https://hommesetsciences.fr/satellites-artificiels-encombrement-orbital-en-vue/