6 Janvier 2020

Risques

Les débris spatiaux font courir un risque pour les biens et les personnes, aussi bien en orbite qu'au sol.

En Orbite

En orbite, les objets sont animés de vitesses relatives qui peuvent atteindre 15 à 20 km/s. A ces vitesses, l'énergie cinétique d'une particule même de faible taille est considérable: actuellement aucun blindage ne résiste à des objets ayant une taille supérieure à 1 ou 2 cm, le scaphandre d'un spationaute en sortie extra-véhiculaire est bien plus fragile. 

Le tableau suivant indique l’épaisseur d’une paroi en aluminium que peut perforer une bille d’aluminium d’une taille donnée à une vitesse de 10 km/s : 

Diamètre du projectile 0.01 mm 0.1 mm 1 mm 10 mm
Epaisseur perforée 0.03 mm 0.4 mm 4 mm 50 mm

Tableau 1 - Epaisseur d’aluminium perforée en fonction de la taille du projectile 

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 Figure 1  -

Echantillons de Test d'impacts Hyper Vitesse - Dégâts générés par une particule sphérique d'aluminium d'un millimètre de diamètre, se déplaçant à une vitesse de 10 Km/s

La probabilité d’impact dépend de la durée passée en orbite, de la surface du véhicule et des caractéristiques de son orbite.
A titre d’exemple, le tableau suivant donne la probabilité de collision sur un an par des particules d’une taille donnée :

- > 0,1mm > 1mm > 1cm > 10cm
Station Spatiale (h=400Km, S=500m2) 1 9,33E-01 2,21E-02 7,17E-04
Spot (h=800Km, S=20m2) 1 2,46E-01 5,53E-03 2,76E-04
Constellation (h=1500Km, S=16m2) 1 1,10E-01 1,70E-03 7,76E-05
GEO (h=36000Km, S=30m2) 1 1,49E-03 9,39E-06 3,31E-07

Tableau 2 - Probabilité annuelle de collision en fonction de la taille du projectile

En 1996 on a observé la première collision connue dans l'Espace entre un satellite opérationnel et un débris : selon l’identification fournie par les Etats-Unis, un débris provenant de l'explosion en 1986 d'un 3e étage d'Ariane a percuté et endommagé le satellite français Cerise.

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 Figure 2 - Collision de Cerise avec un débris (vue d’artiste)

Il est à craindre que ce type d'événement se produise de plus en plus souvent. Le risque correspondant est pris en compte lors des vols de la Navette Américaine : des collisions avec des objets de faible taille ont conduit à changer plus de 60 hublots depuis le début des opérations et des manœuvres d'évitement ont été effectuées à plusieurs reprises pour éviter une collision avec des objets de taille importante. Aujourd’hui, les objets dont la taille est comprise entre 1 et 10 cm représentent le plus grand danger. Les blindages ne permettent pas de les arrêter et il n’est pas possible de les éviter car ils sont trop petits pour être suivis depuis le sol.

Au Sol

Au sol, le risque provient de la retombée éventuelle de morceaux en cas de rentrée atmosphérique. Au cours de la rentrée dans l’atmosphère, en raison de leur vitesse très importante, les véhicules subissent des contraintes mécaniques et thermiques qui entraînent leur fragmentation et la fusion de la plupart des matériaux. Cependant certains matériaux tels que l’acier, le titane ou les composites résistent très bien à ces contraintes et certains éléments peuvent atteindre le sol. Si la rentrée est incontrôlée (rentrée naturelle par usure de l’orbite), il est très difficile de prévoir la zone de retombée et la taille des objets qui peuvent représenter un danger. L’imprécision provient surtout de la méconnaissance de l’atmosphère et de la difficulté à modéliser le mouvement en attitude du véhicule (position d’équilibre stable ou mouvement complexe de rotation par exemple). En 1979, la rentrée du laboratoire américain Skylab a provoqué la retombée d'environ 20 tonnes de débris sur plusieurs milliers de km le long de la trajectoire (Océan Indien et Australie). De même la rentrée de Salyut 7 en 1991 a entraîné la chute de débris en Amérique du Sud.

- Perigee x Apogee [Km] Approximated Lifetime
Space Station Like Orbit 400 x 400 6 Months – 1 Year
Spot like Orbit 825 x 825 200 Years
GEO Transfer Orbit 200 x 36000 10 Years
GEO Transfer Orbit 600 x 36000 10000 Years
GEO 36000 x 36000 Millions of Years

Tableau 3
Durée de Vie Approximative des Débris Spatiaux en fonction du périgée et apogée de leur Orbite