ATTENTION

Notre site web rencontre actuellement quelques difficultés techniques et nous travaillons fort pour les corriger.

Soyez assuré que vous pouvez toujours accéder à nos programmes et ressources!

Débris spatiaux

Nathalie Ouellette
Lisibilité
8.22

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Les déchets ne sont pas qu’un problème sur Terre. Lorsqu’ils finissent dans l’espace, ils peuvent causer des collisions et entraîner d’autres conséquences pour les satellites, la Station spatiale internationale et même pour les terriens!

De voir une pancarte indiquant « Déchets interdits » dans un parc de ton voisinage n’a rien de surprenant. Mais t’attendrais-tu à en voir une dans l’espace? Les débris spatiaux sont de plus en plus nombreux et constituent un danger de plus en plus grand. Voyons ensemble de quoi il s’agit, quels risques ils entraînent et ce que les scientifiques, les ingénieurs et les politiciens peuvent faire pour résoudre le problème.

Que sont les débris spatiaux?

Certains objets ont leur place dans l’espace, comme les satellites fonctionnels et les stations orbitales. Mais d’autres sont considérés comme des déchets. Il est difficile d’évaluer le nombre exact de ces débris qui tournent autour de la Terre, mais l’Agence spatiale européenne estimait qu’il y en avait déjà plus de 8 500 tonnes en 2019. En les rassemblant tous, on obtient alors l’équivalent d’environ 100 navettes spatiales!

La NASA doit composer avec ces débris spatiaux depuis des années. En 2013, on y suivait le parcours de plus de 500 000 objets — de morceaux allant de la taille d’une bille à des satellites défectueux entiers — voyageant à des vitesses pouvant atteindre 28 000 km/h!

Débris spatiaux: 1957 - 2015 (2015) par Stuart Grey (1 min).

Mais de quoi se compose exactement cette couche de débris? De beaucoup de choses hétéroclites… On y trouve notamment des propulseurs d’appoint qui se sont détachés lors de lancements de navette, de même que les vestiges d’explosions accidentelles ou voulues. Il y a même une étrange collection d’objets perdus par les astronautes : un gant, une caméra, des outils, des sacs d’ordures, etc.

Le savais-tu?

Un des plus gros débris spatiaux actuellement en orbite est le satellite en panne Envisat, qui pèse huit tonnes et qui pourrait continuer de tourner autour de la Terre pendant 150 ans!

Mais les choses les plus dangereuses sont souvent les minuscules fragments que la NASA ne peut suivre. La plus grande partie des débris spatiaux qui inquiètent les scientifiques se trouve dans une région appelée « l’orbite basse » de la Terre. C’est dans cette région que circulent la Station spatiale internationale (SSI) et la majorité des satellites fonctionnels, car il faut moins d’énergie pour se déplacer que sur des orbites plus éloignées et qu’il est plus facile d’observer la surface de la Terre de (relativement) près. Elle se situe à une altitude de 180 à 2 000 km au-dessus de la surface terrestre.

Plus on est en orbite près de la Terre, plus la vitesse augmente – les objets en orbite basse se déplacent à près de 28 000 km/h et font environ ¾ de tour de la Terre toutes les heures (et s’ils se heurtent, ils vont souvent dans des directions opposées). À cette vitesse, même une particule aussi petite qu’un éclat de peinture peut causer des dégâts surprenants!

Puce dans la fenêtre de la SSI
Cette photo montre une puce sortant d'une fenêtre de la Station spatiale internationale (Source: ESA/NASA).

Quelle envergure ce problème pourrait-il réellement atteindre?

Heureusement pour nous, terriens, il y a vraiment beaucoup de place dans l’espace! En moyenne, il faudrait se déplacer en orbite basse sur environ 125 km, soit la distance entre Toronto et les chutes Niagara, avant de croiser un débris spatial assez gros pour être suivi par la NASA.

Le savais-tu?

Chaque jour en moyenne depuis les 50 dernières années, un débris spatial retombe dans l’atmosphère terrestre.

Mais cela ne veut pas dire qu’il ne faut pas s’inquiéter! Le film de 2013 intitulé « Gravité » montrait des astronautes confrontés à un scénario fort possible appelé « syndrome de Kessler ». Ce scénario veut qu’on puisse atteindre un seuil critique où les débris spatiaux sont si denses qu’une collision peut en entraîner d’autres de plus en plus nombreuses, créant ainsi une réaction en chaîne susceptible de détruire tout ce qui se trouve là-haut!

Un tel événement serait vraiment désastreux, puisque nous sommes devenus très dépendants des satellites que nous avons mis en orbite. Ils nous aident en effet sur de très nombreux plans, comme les communications et la navigation par exemple. C’est pourquoi tout le monde, de la NASA aux compagnies technologiques en passant par les gouvernements, cherche des moyens de se débarrasser des débris qui encombrent déjà l’espace!

Le savais-tu?

Il n’y a actuellement aucune loi ou règlement international pour minimiser les débris spatiaux, mais les agences spatiales travaillent conjointement sur ce problème.

Un aperçu des problèmes causés par les débris spatiaux (2018) de AFP (1 min 53 sec).

Comment se débarrasser des débris spatiaux?

Une des manières les plus simples de se débarrasser des débris spatiaux est de modifier leur orbite afin qu’ils retombent dans l’atmosphère terrestre et s’y consument. Or, il y a deux façons d’y arriver :

  1. Au moyen de fusées. De petites fusées sur les satellites endommagés peuvent elles-mêmes les pousser vers une orbite plus basse. 
  2. Au moyen de lasers. Les scientifiques peuvent viser d’un rayon laser des débris spatiaux afin de les pousser dans la direction voulue. Ce rayon pourrait même provenir de la surface terrestre si le laser est construit de manière à être assez précis!

Pour le moment, les scientifiques n’utilisent que la solution des fusées. Les lasers ne sont pas encore employés parce que les gouvernements s’inquiètent des dangers qu’ils représentent dans l’espace. Ils pourraient après tout endommager des objets qui ne font pas partie des débris.

Certaines entreprises ont proposé l’envoi d’un vaisseau ou d’un filet géant qui pourrait physiquement tirer les débris spatiaux vers des orbites de chute. De cette façon, ils pourraient soit se consumer, soit tomber dans un « cimetière orbital », loin des satellites opérationnels.

La dernière idée de la NASA consiste à utiliser un nouveau type de « velcro spatial » qui pourrait agripper les débris. Cette idée a été inspirée par les geckos! Leurs doigts peuvent en effet adhérer aux murs grâce à de petites lamelles qui créent de l’électricité statique. C’est le même phénomène qui se produit quand tu frottes un ballon de baudruche sur tes cheveux pour générer une charge statique qui permet au ballon de coller aux surfaces. Les astronautes ont testé cette idée à l’intérieur de la Station spatiale internationale en 2017.

Que nous réserve l’avenir?

Alors que les humains repoussent les limites de l’exploration spatiale et envoient de plus en plus de gens au-delà de la Terre, le problème des débris spatiaux prend de plus en plus d’importance. Heureusement, certains des meilleurs scientifiques et ingénieurs de la planète sont sur l’affaire. Qui sait? Nous pourrions assister à la naissance d’une toute nouvelle industrie : l’enlèvement des ordures spatiales! 

Points de départ

Connecter et Relier

  • Que fais-tu avec les ordures ramassées dans ta maison avant qu’elles se retrouvent en bordure de la rue le jour de la collecte? Pourquoi fais-tu cela? Pourquoi est-ce un problème lorsqu’on renverse une poubelle ou que l’on marche sur un sac à ordures?
  • Si tu travaillais dans l’espace lors d’une mission à long terme, que ferais-tu avec les déchets que tu as générés?
  • Aimerais-tu occuper un emploi où tu suivrais la trace des débris dans l’espace? Pourquoi ou pourquoi pas?

Connecter et Relier

  • Que fais-tu avec les ordures ramassées dans ta maison avant qu’elles se retrouvent en bordure de la rue le jour de la collecte? Pourquoi fais-tu cela? Pourquoi est-ce un problème lorsqu’on renverse une poubelle ou que l’on marche sur un sac à ordures?
  • Si tu travaillais dans l’espace lors d’une mission à long terme, que ferais-tu avec les déchets que tu as générés?
  • Aimerais-tu occuper un emploi où tu suivrais la trace des débris dans l’espace? Pourquoi ou pourquoi pas?

Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement

  • Devrait-on créer des lois internationales pour surveiller et restreindre les débris spatiaux? Comment pourrait-on contrôler ce qui est jeté dans l’espace?
  • Les humains ont beaucoup contribué à la pollution de la Terre. Penses-tu que nous ayons le droit maintenant de polluer l’espace? Est-il possible que nous endommagions l’espace autant que la Terre avec nos déchets?

Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement

  • Devrait-on créer des lois internationales pour surveiller et restreindre les débris spatiaux? Comment pourrait-on contrôler ce qui est jeté dans l’espace?
  • Les humains ont beaucoup contribué à la pollution de la Terre. Penses-tu que nous ayons le droit maintenant de polluer l’espace? Est-il possible que nous endommagions l’espace autant que la Terre avec nos déchets?

Explorer les Concepts

  • Qu’est-ce que le syndrome de Kessler?
  • Pourquoi y a-t-il un problème croissant avec les débris spatiaux?
  • Quelles sont les possibilités actuelles pour se débarrasser des débris spatiaux? Quelles nouvelles solutions sont explorées en ce moment?

Explorer les Concepts

  • Qu’est-ce que le syndrome de Kessler?
  • Pourquoi y a-t-il un problème croissant avec les débris spatiaux?
  • Quelles sont les possibilités actuelles pour se débarrasser des débris spatiaux? Quelles nouvelles solutions sont explorées en ce moment?

Nature de la Science / Nature de la Technologie

  • Nos réussites technologiques ont créé un surplus de débris dans l’espace. La science et la technologie pourront-elles résoudre le problème des déchets spatiaux? Explique.

Nature de la Science / Nature de la Technologie

  • Nos réussites technologiques ont créé un surplus de débris dans l’espace. La science et la technologie pourront-elles résoudre le problème des déchets spatiaux? Explique.

Littératie Médiatique

  • As-tu déjà vu un film de science-fiction qui faisait référence aux débris spatiaux? Si oui, lequel? Quel problème a été rencontré dans ce film à cause des déchets dans l’espace?

Littératie Médiatique

  • As-tu déjà vu un film de science-fiction qui faisait référence aux débris spatiaux? Si oui, lequel? Quel problème a été rencontré dans ce film à cause des déchets dans l’espace?

Suggestions d'enseignement

  • Cet article et la vidéo intégrée examinent le problème des débris spatiaux et son impact sur l’environnement spatial ainsi que sur l’exploration de l’espace. Ces ressources relient par la science les thèmes de l’espace, de la SSI et des satellites. Pour les cours supérieurs de physique, elles sont liées aux thèmes des collisions et de la mécanique orbitale. Ces ressources présentent les concepts d’orbite, d’orbite basse et du syndrome de Kessler.
  • Après avoir lu l’article et visionner la vidéo, les élèves divisés en groupes peuvent utiliser la stratégie d’apprentissage Organisateur du pour et du contre afin d’évaluer les avantages et les inconvénients de diverses méthodes de collecte des débris spatiaux. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie sont disponibles en formats [Google doc] et [.pdf].
  • Pour bien comprendre le syndrome de Kessler, les élèves pourraient utiliser des outils simples, comme des dominos, pour reproduire visuellement les collisions qui pourraient se produire dans l’espace.
  • Les étudiants en physique de cycles supérieurs pourraient aussi approfondir leurs recherches sur les orbites basses et les stratégies qui permettent le déplacement de débris spatiaux vers des orbites de niveau inférieur. 

Suggestions d'enseignement

  • Cet article et la vidéo intégrée examinent le problème des débris spatiaux et son impact sur l’environnement spatial ainsi que sur l’exploration de l’espace. Ces ressources relient par la science les thèmes de l’espace, de la SSI et des satellites. Pour les cours supérieurs de physique, elles sont liées aux thèmes des collisions et de la mécanique orbitale. Ces ressources présentent les concepts d’orbite, d’orbite basse et du syndrome de Kessler.
  • Après avoir lu l’article et visionner la vidéo, les élèves divisés en groupes peuvent utiliser la stratégie d’apprentissage Organisateur du pour et du contre afin d’évaluer les avantages et les inconvénients de diverses méthodes de collecte des débris spatiaux. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie sont disponibles en formats [Google doc] et [.pdf].
  • Pour bien comprendre le syndrome de Kessler, les élèves pourraient utiliser des outils simples, comme des dominos, pour reproduire visuellement les collisions qui pourraient se produire dans l’espace.
  • Les étudiants en physique de cycles supérieurs pourraient aussi approfondir leurs recherches sur les orbites basses et les stratégies qui permettent le déplacement de débris spatiaux vers des orbites de niveau inférieur. 

En savoir plus

Pourrait-on arrêter un astéroïde qui fonce droit sur nous?  Parlons sciences t'explique les dangers d'une telle collision avec la Terre. Et les solutions pour (peut-être) éviter le pire!

60 ans de débris spatiaux autour de la Terre en 1 minute (2016) Huffington Post - Trois visuels dont une vidéo et un texte explicatif démontrant comment la quantité de débris spatiaux a augmenté au fil du temps

Débris spatiaux : où en est-on? (2017) Centre national d’études spatiales - Aborde certaines lignes directrices internationales régissant la gestion des débris spatiaux, le rôle de l'Agence spatiale française et les méthodes techniques qui ont été suggérées pour faire face à ce problème.

Les solutions possibles contre la menace des débris spatiaux (2018) Universalis 

Débris spatiaux, comment nettoyer l’espace? (2017) Euronews  - une vidéo en anglais, doublée en français (8:30), avec un résumé du texte en français et deux autres vidéos connexes plus courtes (en anglais).

Débris spatiaux : la menace invisible (2017) Les Échos un article de journal décrivant les problèmes discutés lors de la 7e édition de la Conférence européenne sur les débris spatiaux

Références

Kessler, D., & Cour-Palais, B. (1978). Collision frequency of artificial satellites: The creation of a debris belt. Journal Of Geophysical Research, 83(A6), 2637. DOI: 10.1029/ja083ia06p02637

Jiang, H., Hawkes, E., Fuller, C., Estrada, M., Suresh, S., & Abcouwer, N. et al. (2017). A robotic device using gecko-inspired adhesives can grasp and manipulate large objects in microgravity. Science Robotics, 2(7). DOI: 10.1126/scirobotics.aan4545

National Research Council. (1995). Orbital debris: A technical assessment. National Academies Press.