Les débris spatiaux terrestres pourraient faire des ravages dans la stratosphère.
L’essor rapide des mégaconstellations de satellites connecte une grande partie du monde à l’Internet haut débit. Mais chaque année, des centaines de ces satellites meurent, brûlant dans l’atmosphère lors de leur chute. Et chaque année, de plus en plus de satellites sont lancés pour les remplacer.
Il s’avère que les satellites mourants ne se contentent pas de clignoter dans l’éther. Chacun laisse un peu de lui-même derrière lui.
Selon les chercheurs, l'agonie ardente des satellites, ainsi que la forte augmentation du nombre de lancements de fusées, ajoutent une surabondance de polluants destructeurs de la couche d'ozone et modifiant le climat dans la stratosphère. Ce que cela signifie pour la chimie atmosphérique de la planète – y compris sa couche d’ozone qui protège des rayons ultraviolets – n’est pas encore clair. Mais les scientifiques se précipitent pour le découvrir.
« Les lancements se multiplient très rapidement », explique Daniel Murphy, spécialiste de l'atmosphère au laboratoire de sciences chimiques de la National Oceanographic and Atmospheric Administration à Boulder, dans le Colorado. « Au cours des deux dernières années, il y a eu environ 500 événements de rentrée par an. , et on parle d’environ 10 000 dans un avenir pas si lointain. Cela fait environ une heure. Nous aimerions donc comprendre les implications le plus rapidement possible.
Constellations commerciales
Actuellement, il y a environ 10 000 satellites actifs en orbite autour de la planète. Les deux tiers appartiennent à Starlink, la mégaconstellation de SpaceX (SN : 3/3/23). 630 autres font partie d'Eutelsat OneWeb, basé à Londres. Et d’autres projets Internet comptent bien rattraper leur retard : en août, la Chine a lancé les 18 premiers satellites de sa constellation Qianfan, ou « Mille Voiles », qui devrait comprendre à terme au moins 12 000 satellites. Un autre projet chinois prévu, connu sous le nom de Honghu-3, vise à relier jusqu'à 10 000 satellites.
Selon certaines estimations, il pourrait y avoir jusqu'à 100 000 satellites en orbite proche de la Terre d'ici les années 2030, et peut-être un demi-million en orbite autour de la planète dans les décennies à venir.
Ces satellites Internet sont jetables de par leur conception : ils peuvent servir quelques années dans un réseau de constellation avant d’être « mis hors service » – coulés sur une orbite inférieure jusqu’à ce qu’ils finissent par tomber dans une mort ardente dans le ciel. Chaque satellite en désintégration injecte des métaux dans l’atmosphère, dont beaucoup sont des métaux soit qu’on n’y trouve généralement pas, soit des métaux qui sont ajoutés en bien plus grande abondance que ceux introduits naturellement.
Des traces révélatrices
La première étape pour comprendre l’ampleur du problème consiste à identifier les traces d’engins spatiaux incendiés et à déterminer si ces traces sont comparables, voire détectables, sur fond de débris de météorites naturelles provenant de l’espace.
Cette recherche ne fait que commencer.
En 2023, Murphy et ses collègues ont présenté la preuve définitive que des métaux provenant spécifiquement des engins spatiaux, plutôt que de simples sources naturelles, se trouvaient effectivement en altitude dans la stratosphère, la couche d'atmosphère s'étendant de six à 20 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre. Les particules stratosphériques d'acide sulfurique présentes dans la haute atmosphère de l'Arctique se sont avérées contenir plus de 20 éléments différents, ce qui correspond à la production d'engins spatiaux. Selon Murphy, ces éléments comprenaient le niobium et l'hafnium, tous deux raffinés à partir de minerais minéraux destinés à être utilisés dans des alliages résistants à la chaleur. D’autres métaux tels que le lithium, le plomb, l’aluminium et le cuivre – qui peuvent être présents naturellement – ont été trouvés en abondance dépassant de loin ce qui pourrait être organiquement introduit via la poussière cosmique.
Et les preuves de l’existence d’anciens vaisseaux spatiaux s’accumulent. De 2020 à 2022, les scientifiques ont suivi une augmentation stratosphérique des polluants, correspondant à l’augmentation rapide des lancements de satellites.
Les émissions d'aluminium et d'oxydes d'azote provenant des rentrées de satellites ont presque doublé, passant de 3,3 milliards de grammes en 2020 à 5,6 milliards de grammes en 2022, ont rapporté le chimiste atmosphérique Connor Barker de l'University College de Londres et ses collègues en avril à Vienne lors d'une réunion de l'Union géophysique européenne. D’ici 2022, les apports de rentrée d’oxydes d’azote, ont-ils découvert, équivalaient à environ un tiers des apports naturels de gaz provenant des météores. Et les apports d’oxyde d’aluminium dépassaient les apports naturels d’un facteur sept.
Les émissions polluantes provenant des lancements de fusées sont également en augmentation, ont découvert Barker et ses collègues. La consommation de propulseur a presque doublé entre 2020 et 2022, passant de 38 milliards de grammes à 67 milliards de grammes. Ces émissions de lancement peuvent inclure des polluants tels que le noir de carbone, les oxydes d'azote, le monoxyde de carbone, l'oxyde d'aluminium et divers gaz de chlore.
Impacts chimiques
Les débris du vaisseau spatial pourraient avoir divers effets d’entraînement à travers la chimie de la stratosphère.
Cela pourrait être une mauvaise nouvelle pour la couche d’ozone en particulier. L'oxyde d'aluminium, par exemple, est un sous-produit de l'oxydation lors de la rentrée des composants d'engins spatiaux à base d'aluminium, explique José Ferreira, ingénieur aérospatial à l'Université de Californie du Sud à Los Angeles. « Et nous savons que les oxydes d'aluminium sont des catalyseurs de l'appauvrissement de la couche d'ozone. »
Cette nouvelle menace pour la couche d'ozone est particulièrement frustrante à la suite du succès du Protocole de Montréal, un accord de 1987 visant à interdire la production et les émissions de produits chimiques destructeurs de la couche d'ozone (SN : 10/02/21). En 2016, le trou annuel dans la couche d’ozone qui se forme au-dessus de l’Antarctique montrait déjà des signes de guérison, et était en passe de se combler complètement d’ici 50 ans environ (SN : 14/12/16).
Il existe une myriade d'autres façons dont les polluants des vaisseaux spatiaux pourraient modifier le mélange chimique complexe de l'atmosphère, explique Murphy. La suie émise par les moteurs-fusées absorbe l’énergie solaire, ce qui peut réchauffer l’atmosphère. Le cuivre et d’autres métaux libérés lors de l’incinération des câbles et alliages des engins spatiaux sont connus pour être de puissants catalyseurs de réactions chimiques dans l’atmosphère. Entre autres choses, ces métaux pourraient favoriser la création de minuscules particules qui agissent comme des graines de nuages.
Il n’existe pas beaucoup d’informations directes sur lesquelles de ces réactions pourraient déjà se produire. Les données existantes sont destinées à des simulations informatiques permettant de suivre le cycle de vie de ces polluants et leurs interactions dans l'atmosphère. L'équipe de Murpyh prévoit d'autres vols en 2025 pour continuer à suivre l'inventaire croissant de débris d'engins spatiaux.
Ferreira, quant à lui, réfléchit aux moyens d'intégrer une évaluation de l'impact environnemental dans la phase de conception des missions spatiales. « Si nous identifions dès le départ qu'un composant ou un produit chimique sera nocif pour l'atmosphère, nous pouvons soit trouver une alternative, soit investir dans la recherche d'options plus respectueuses de l'environnement », explique Ferreira.
Pour l'instant, la question des impacts des satellites dispersés est si nouvelle qu'il n'y a pas encore eu beaucoup de financement pour y répondre, dit Murphy. Mais il ajoute : « Je pense que cela doit aller vite. Ce serait vraiment bien de connaître ces choses avant que ces satellites ne soient construits et lancés.
