Des milliers de satellites ont été déployés dans des « mégaconstellations » pour répondre au besoin croissant de services Internet à l’échelle mondiale, et de nombreux autres devraient être lancés prochainement. Cependant, ces satellites compacts ont une durée de vie opérationnelle brève et sont connus pour émettre des polluants qui peuvent nuire à la couche d'ozone lorsqu'ils se désintègrent à leur rentrée. Une étude récente publiée dans Geophysical Research Letters a, pour la première fois, quantifié l'ampleur de cette pollution. Crédit : SpaceX/domaine public
Lorsque les satellites fournissant l'Internet – actuellement lancés par milliers – atteindront la fin de leur durée de vie, les restes de leur incinération dans l'atmosphère terrestre déclencheront des réactions chimiques qui appauvrissent l'ozone stratosphérique.
Lorsque des satellites obsolètes rentrent dans l'atmosphère terrestre et se désintègrent, ils libèrent de petites particules d'oxyde d'aluminium qui érodent la couche d'ozone terrestre. Une étude récente révèle que la présence de ces particules a été multipliée par huit entre 2016 et 2022 et devrait continuer à augmenter avec le nombre croissant de satellites en orbite terrestre basse.
Le Protocole de Montréal de 1987 a réglementé avec succès les CFC nocifs pour la couche d'ozone afin de protéger la couche d'ozone, réduisant ainsi le trou d'ozone au-dessus de l'Antarctique et dont la récupération est attendue dans les cinquante prochaines années. Cependant, l’augmentation inattendue des oxydes d’aluminium pourrait interrompre les progrès réalisés dans la reconstitution de la couche d’ozone au cours des prochaines décennies.
Parmi les 8 100 objets en orbite terrestre basse, 6 000 sont des satellites Starlink lancés ces dernières années. La demande de couverture Internet mondiale entraîne une accélération rapide des lancements de petits essaims de satellites de communication. EspaceX est le leader de cette entreprise, avec l'autorisation de lancer 12 000 satellites Starlink supplémentaires et jusqu'à 42 000 prévus. Amazon et d'autres sociétés du monde entier prévoient également des constellations allant de 3 000 à 13 000 satellites, selon les auteurs de l'étude.
Les satellites Internet en orbite terrestre basse ont une durée de vie de courte durée, environ cinq ans. Les entreprises doivent alors lancer des satellites de remplacement pour maintenir le service Internet, poursuivant ainsi un cycle d’obsolescence programmée et de pollution imprévue.
Les oxydes d'aluminium déclenchent des réactions chimiques qui détruisent l'ozone stratosphérique, qui protège la Terre des rayons UV nocifs. Les oxydes ne réagissent pas chimiquement avec les molécules d'ozone, mais déclenchent des réactions destructrices entre l'ozone et le chlore qui appauvrissent la couche d'ozone. Étant donné que les oxydes d’aluminium ne sont pas consommés par ces réactions chimiques, ils peuvent continuer à détruire molécule après molécule d’ozone pendant des décennies à mesure qu’ils dérivent dans la stratosphère.
Pourtant, peu d’attention a été accordée aux polluants formés lorsque les satellites tombent dans la haute atmosphère et brûlent. Des études antérieures sur la pollution des satellites se sont largement concentrées sur les conséquences de la propulsion d’un lanceur dans l’espace, comme la libération de carburant pour fusée. La nouvelle étude, réalisée par une équipe de recherche de la Viterbi School of Engineering de l'Université de Californie du Sud, est la première estimation réaliste de l'étendue de cette pollution à longue durée de vie dans la haute atmosphère, ont indiqué les auteurs.
« Ce n'est que ces dernières années que les gens ont commencé à penser que cela pourrait devenir un problème », a déclaré Joseph Wang, chercheur en astronautique à l'Université de Californie du Sud et auteur correspondant de la nouvelle étude. « Nous avons été l'une des premières équipes à examiner quelles pourraient être les implications de ces faits. »
L'étude a été publiée dans la revue AGU en libre accès Lettres de recherche géophysiquequi publie des rapports courts et à fort impact ayant des implications immédiates couvrant toutes les sciences de la Terre et de l'espace.
Menace endormie
Parce qu'il est effectivement impossible de collecter des données sur un vaisseau spatial en feu, des études antérieures ont utilisé des analyses de micrométéoroïdes pour estimer la pollution potentielle. Mais les micrométéoroïdes contiennent très peu d'aluminium, le métal qui représente 15 à 40 % de la masse de la plupart des satellites, de sorte que ces estimations ne s'appliquent pas bien aux nouveaux satellites « en essaim ».
Pour obtenir une image plus précise de la pollution résultant de la rentrée des satellites, les chercheurs ont modélisé la composition chimique et les liaisons au sein des matériaux des satellites lors de leurs interactions aux niveaux moléculaire et atomique. Les résultats ont permis aux chercheurs de comprendre comment le matériau change avec différents apports d'énergie.
En 2022, la rentrée des satellites a augmenté la quantité d’aluminium dans l’atmosphère de 29,5 % par rapport aux niveaux naturels, ont découvert les chercheurs. La modélisation a montré qu'un satellite typique de 250 kilogrammes (550 livres), dont 30 % de sa masse est constitué d'aluminium, générera environ 30 kilogrammes (66 livres) de nanoparticules d'oxyde d'aluminium (de 1 à 100 nanomètres) lors de sa plongée de rentrée. La plupart de ces particules sont créées dans la mésosphère, entre 50 et 85 kilomètres (30 à 50 miles) au-dessus de la surface de la Terre.
L'équipe a ensuite calculé que, en fonction de la taille des particules, il faudrait jusqu'à 30 ans pour que les oxydes d'aluminium dérivent jusqu'aux altitudes stratosphériques, où se trouve 90 % de l'ozone terrestre.
Les chercheurs ont estimé qu’au moment où les constellations de satellites actuellement prévues seront terminées, chaque année, 912 tonnes d’aluminium (1 005 tonnes américaines) tomberont sur Terre. Cela libérera environ 360 tonnes métriques (397 tonnes américaines) d'oxydes d'aluminium par an dans l'atmosphère, soit une augmentation de 646 % par rapport aux niveaux naturels.
Ce travail a été financé par NASA.
