Les mégaconstellations de satellites pourraient-elles déclencher le changement climatique 2.0 ? TERESA PULTAROVA enquête.
La pollution de l’air causée par les lancements de fusées et la combustion des satellites dans l’atmosphère terrestre pourrait provoquer la prochaine grande urgence environnementale mondiale. L’industrie spatiale s’unit pour trouver une solution avant qu’il ne soit trop tard.
L’humanité joue peut-être une fois de plus avec le feu, pense Sebastian Eastham, chercheur en aviation durable à l’Imperial College de Londres. Expert des effets des émissions des avions sur le climat de la Terre et des niveaux de pollution atmosphérique au sol, Eastham a récemment commencé à déballer une toute nouvelle boîte de Pandore : l’impact des émissions de fusées et des produits chimiques produits lors de l’incinération atmosphérique des satellites rentrant dans l’atmosphère. chimie de la haute atmosphère.
Il s’agit d’un domaine scientifique naissant, mais les experts en savent déjà suffisamment sur ces processus pour s’inquiéter. “Nous mettons les choses dans des endroits où nous n’avons pas l’habitude de les mettre”, a déclaré Eastham. AÉROSPATIAL. “Nous parlons d’un territoire non testé en termes d’impacts environnementaux.”
Panaches problématiques
Des centaines de tonnes de satellites morts pourraient brûler dans l’atmosphère terrestre chaque année au cours de la prochaine décennie. (Université de Warwick/Mark Garlick)
Les fusées, contrairement à toute autre technologie de combustion inventée par l’humanité, injectent des gaz d’échappement remplis de suie, de dioxyde de carbone et d’autres matières nocives dans presque toute la colonne de l’atmosphère. Les satellites qui reviennent vers la Terre à la fin de leur mission brûlent à des altitudes comprises entre 60 et 80 km, laissant derrière eux des nuages de cendres métalliques. La haute altitude à laquelle ces produits chimiques s’accumulent signifie que leur survie dans l’atmosphère est beaucoup plus longue que celle de composés chimiques similaires émis par les voitures ou les centrales électriques au gaz. En conséquence, l’impact de ces émissions est bien moins prévisible que celui des émissions rejetées à proximité de la surface de la Terre.
“Notre compréhension des conséquences d’une émission diminue à mesure que l’on s’éloigne de la surface”, a déclaré Eastham. « Tout ce que vous rejetez dans l’atmosphère moyenne, nous nous attendons toujours à ce que la majeure partie ait des impacts de l’ordre d’une décennie plus tard. Le facteur par lequel il faut intensifier leurs effets pour tenir compte du fait qu’ils durent plus longtemps est essentiellement inconnu. Nous ne savons tout simplement pas quel impact supplémentaire vous obtenez par unité d’émission.
Industrie en expansion
Minkwan Kim (à gauche) et Sebastian Eastham (Université de Southampton et Imperial College London)
Des fusées planent dans l’atmosphère depuis 1944 (le V-2 allemand) et lancent du matériel en orbite depuis 1957 (le Spoutnik de l’URSS). Les vieux satellites, les étages de fusées usagés et divers fragments de débris spatiaux subissent depuis aussi longtemps leur disparition atmosphérique ardente. Jusqu’à il y a quelques années, personne n’était dérangé. Les émissions des fusées, affirment les experts, ne représentent qu’une goutte d’eau dans l’océan par rapport aux émissions de l’aviation, qui, soulignent-ils, ne représentent que 2,5 % de la production totale de gaz à effet de serre dans le monde.
Puis est arrivée l’ère du Nouvel Espace avec ses petits satellites bon marché et la doctrine de l’accès universel à l’espace. Des constellations de petits satellites, pesant quelques centaines de kilogrammes, ont commencé à propulser les vaisseaux spatiaux de la taille d’un bus, valant des centaines de millions de dollars, qui dominaient les orbites terrestres depuis des décennies. Même si ces géants orbitaux sont souvent restés en service jusqu’à 20 ans, la philosophie derrière la révolution des petits satellites est de remplacer les engins plus anciens par des technologies plus récentes et plus puissantes toutes les quelques années. Finalement, l’idée de méga-constellations diffusant Internet a pris son envol et le nombre de satellites a commencé à monter en flèche. En 2010, moins de 1 000 satellites tournaient autour de la Terre. À la mi-2024, le nombre de vaisseaux spatiaux actifs était passé à plus de 11 000, selon Statista. Le nombre de lancements de fusées a augmenté proportionnellement, ayant presque doublé au cours des cinq dernières années.
La quantité de débris spatiaux incinérés dans l’atmosphère a également doublé, explique Minkwan Kim, professeur agrégé d’astronautique à l’université de Southampton. Kim dirige un projet de recherche international, financé par l’Agence spatiale britannique, qui vise à mieux évaluer les dangers posés par la pollution par les satellites sur notre planète, mais également à définir comment atténuer les risques afin d’éviter un autre problème environnemental majeur à l’avenir.
“Si nous commençons à résoudre ce problème le plus tôt possible, nous avons de meilleures chances d’éviter un problème grave”, a déclaré Kim. AÉROSPATIAL. « C’est similaire à la situation des émissions de dioxyde de carbone. Si cela avait été fait plus tôt, nous n’aurions pas eu le réchauffement climatique que nous connaissons aujourd’hui. »
Les prévisions concernant la croissance de l’industrie spatiale inquiètent particulièrement Kim. Les opérateurs de satellites du monde entier ont déposé des demandes de spectre pour plus d’un million d’engins spatiaux auprès de l’Union internationale des télécommunications, qui gère les fréquences radio disponibles. Même si tous ces projets ne se concrétiseront pas, les experts estiment qu’entre 60 000 et 100 000 satellites pourraient être lancés d’ici 2030. La plupart des opérateurs de mégaconstellations prévoient de reconstituer leur flotte avec de nouveaux satellites tous les cinq ans. En conséquence, des milliers de tonnes de satellites morts et d’autres débris pourraient périr dans l’atmosphère chaque année au cours des dix prochaines années.
Qu’est-ce que cela signifie pour l’atmosphère ?
Alors que le ciel devient extrêmement encombré, tout comme le trafic sur nos routes habituelles, les experts prédisent une menace croissante de chute de débris spatiaux sur Terre. (Mc Kinsey)
La quantité de débris spatiaux rentrant dans l’espace peut sembler faible, comparée à la quantité de matière météorique naturelle qui bombarde la Terre depuis la formation de la planète. Par exemple, certaines estimations montrent que d’ici 2033, quelque 3 600 tonnes de débris spatiaux pourraient brûler chaque année dans l’atmosphère. Cela représente environ un cinquième de la quantité de substance naturelle que la couche gazeuse de la Terre absorbe tous les 12 mois. Il existe cependant une différence majeure. La plupart des météorites sont constituées de matériaux rocheux, tels que du silicium, du fer et seulement une poignée d’autres métaux. Les engins spatiaux, quant à eux, sont principalement constitués d’aluminium. La combustion de l’aluminium produit de l’oxyde d’aluminium, également appelé alumine. Les chercheurs savent depuis des années que l’alumine pourrait être une mauvaise nouvelle pour la stabilité de l’atmosphère terrestre.
La substance poudreuse blanche agit comme un « écran solaire » dans l’atmosphère, a déclaré Kim, réfléchissant la lumière du soleil et réduisant ainsi la quantité d’énergie absorbée par la Terre. Selon Kim, cela peut sembler une bonne nouvelle à l’ère du changement climatique incontrôlable, mais il y a un piège. Cette baisse de température serait également incontrôlable et pourrait avoir des conséquences imprévisibles. L’alumine est également connue pour endommager l’ozone. Avec l’augmentation prévue du nombre de satellites et les rentrées ultérieures, les concentrations d’alumine dans la stratosphère – la couche atmosphérique abritant le bouclier protecteur d’ozone – pourraient facilement augmenter de plus de 650 % par rapport aux niveaux naturels, entraînant « un appauvrissement significatif de la couche d’ozone ». “, conclut une étude publiée dans la revue, Lettres de recherche géophysique en juin 2024.
Les composés présents dans les gaz d’échappement des fusées pourraient également perturber l’équilibre de la Terre. La suie, abondante dans les émissions des fusées brûlant le RP-1 à base de kérosène, agit de manière opposée à l’alumine : elle absorbe la chaleur et augmente la température atmosphérique. Le RP-1 alimente la fusée actuellement la plus utilisée au monde – la Falcon 9 de SpaceX, entre autres. La suie contribue également à l’appauvrissement de la couche d’ozone. Une étude menée par des chercheurs de la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) des États-Unis et publiée dans Geophysical Research Letters en 2022 a révélé qu’une multiplication par dix des lancements de fusées produisant de la suie aurait un impact mesurable sur la couche d’ozone.
« Nous sommes confrontés à cette croissance soudaine, mais nous ne savons toujours pas ce qui se passe », a déclaré Eastham. “Nous ne savons pas quelle quantité de perte d’ozone nous obtenons lors d’un seul lancement, nous ne savons pas vraiment ce qui est émis lors d’un lancement et nous ne savons pas non plus vraiment à quoi nous devrions nous attendre de nombreux lancements.” Il en va de même pour les sous-produits de l’incinération des satellites, a-t-il ajouté.
Kim dit que la poussière métallique pourrait avoir d’autres impacts, moins compris. Cela pourrait modifier le champ magnétique terrestre, entraîner une augmentation des orages, perturber les liaisons de communication par satellite et obscurcir la vue des satellites d’observation de la Terre.
Le dilemme de l’industrie spatiale
Carte des débris spatiaux de l’ESA. (ESA)
Les recherches émergentes sur les effets de la pollution par les satellites posent un dilemme majeur pour le secteur spatial. Après des décennies de discussions, la communauté spatiale mondiale est parvenue ces dernières années à un consensus sur le problème des débris spatiaux. Près de sept décennies d’utilisation de l’espace ont laissé l’orbite terrestre encombrée de débris. Quelques tests dévastateurs de missiles antisatellites, une poignée de collisions et l’usure générale des déchets restants ont produit plus de 35 000 débris spatiaux de plus de 10 cm et des millions de fragments plus petits. Les deux chiffres continuent d’augmenter. Ces éclats d’obus en orbite traversent l’espace à une vitesse ahurissante de près de 30 000 km/h, menaçant de tout détruire sur son passage.
La communauté spatiale a donc convenu que les satellites devaient être retirés de leur orbite dans les 25 ans suivant la fin de leur mission. La Commission fédérale des communications des États-Unis exige que les opérateurs de satellites américains retirent leurs déchets de leur orbite encore plus rapidement, dans un délai de cinq ans. La règle la plus stricte est fantastique pour maintenir l’ordre dans l’espace proche de la Terre, mais gênante pour la propreté de la haute atmosphère. Des technologies actives de débris spatiaux sont également développées, qui pourraient entraîner dans l’atmosphère même les débris les plus embêtants situés sur des orbites plus élevées qui, autrement, mettraient des siècles à descendre naturellement en spirale.
Des lacunes juridiques
Un rendu artistique d’un satellite rentrant dans l’atmosphère terrestre. (ESA)
Eastham affirme que les vols de fusées existent dans une faille juridique difficile à justifier à l’ère du changement climatique progressif. « Les lanceurs, contrairement à toute autre chose, ne sont pas systématiquement réglementés en ce qui concerne les impacts environnementaux », a-t-il déclaré. “Ils ne sont pas soumis au même type de réglementation que l’aviation, par exemple, où nous avons des exigences spécifiques en matière d’émissions.” La pollution provoquée par la rentrée des satellites semble également échapper à toutes les lois jamais conçues sur Terre.
S’exprimant lors d’un atelier sur la protection de la Terre et de l’espace extra-atmosphérique contre l’élimination des engins spatiaux et des débris organisé à l’Université de Southampton en septembre, Rachael Craufurd-Smith, experte en droit spatial et politique à l’Université d’Édimbourg, a déclaré qu’aucun des traités internationaux la gouvernance de l’utilisation et de l’exploration de l’espace prend en compte les dommages environnementaux causés à l’environnement terrestre.
La Convention sur la responsabilité, en vigueur depuis 1972, exige que les États de lancement indemnisent les autres pays si leurs satellites ou pièces de fusée s’écrasent sur le territoire d’autres pays. La convention couvre également les dommages causés aux avions et autres satellites en orbite.
Le Traité sur l’espace extra-atmosphérique de 1967 concerne principalement une éventuelle contamination d’autres corps célestes par de la matière provenant de la Terre et vice versa.
La pollution du secteur spatial est également insaisissable pour les traités internationaux existants protégeant la qualité de l’air, des océans et des sols.
Kim pense que des amendements à des documents, tels que le Protocole de Montréal de 1987 qui interdit les substances appauvrissant la couche d’ozone utilisées dans le passé dans les aérosols et les réfrigérants, seront nécessaires pour éviter un autre désastre environnemental à l’avenir.
“Je pense que nous devons faire quelque chose de similaire à ce que nous avons fait auparavant pour la couche d’ozone”, a déclaré Kim. « Nous pouvons simplement ajouter cette chose supplémentaire – la destruction des satellites – [to the Montreal Protocol]. Mais nous devons faire davantage de recherches avant que cela puisse se produire.
Y a-t-il un moyen de s’en sortir ?
Tereza Pultarova
10 janvier 2025
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