la population d objets autour de la Terre les solutions potentielles et la réglementation la population d objets autour de la Terre

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1 1 LES DEBRIS SPATIAUX F.ALBY (CNES-Toulouse) la population d objets autour de la Terre les risques en orbite et au sol les solutions potentielles et la réglementation ORDIMIP 31 mars la population d objets autour de la Terre les risques en orbite et au sol les solutions potentielles et la réglementation ORDIMIP 31 mars

2 2 Evolution de la population en orbite autour de la Terre 1960 objets >10 cm ORDIMIP 31 mars Evolution de la population en orbite autour de la Terre 1965 objets >10 cm ORDIMIP 31 mars

3 3 Evolution de la population en orbite autour de la Terre 1970 objets >10 cm ORDIMIP 31 mars Evolution de la population en orbite autour de la Terre 1975 objets >10 cm ORDIMIP 31 mars

4 4 Evolution de la population en orbite autour de la Terre 1980 objets >10 cm ORDIMIP 31 mars Evolution de la population en orbite autour de la Terre 1985 objets >10 cm ORDIMIP 31 mars

5 5 Evolution de la population en orbite autour de la Terre 1990 objets >10 cm ORDIMIP 31 mars Evolution de la population en orbite autour de la Terre 1995 objets >10 cm ORDIMIP 31 mars

6 6 Evolution de la population en orbite autour de la Terre 2000 objets >10 cm ORDIMIP 31 mars Evolution de la population en orbite autour de la Terre 2005 objets >10 cm ORDIMIP 31 mars

7 7 Evolution de la population en orbite autour de la Terre Avril 2008 objets >10 cm ORDIMIP 31 mars Origine des débris satellites et étages intacts produits de fragmentation. explosion (volontaire, accidentelle). collision (micrométéorites, débris) vieillissement. ruptures structurales (protections thermiques). usure des matériaux (peintures) débris opérationnels. nominaux (sangles, boulons, capots). produits de propulsion (alumine) ORDIMIP 31 mars

8 Situation en orbite Depuis objets > 10 cm (objets catalogués) -environ 4000 lancements -plus de 200 fragmentations en orbite fragments 42% satellites fonctionnels 6% satellites non fonctionnels 22% objets entre 1 et 10 cm (non catalogués) débris opérationnels 13% étages supérieurs 17% d objets entre 0,1 et 1 cm (non catalogués) ORDIMIP 31 mars Comparaison débris-météorites à l altitude de 940 km flux (#/m2/an) 1,E+07 1,E+05 1,E+03 1,E+01 1,E-01 1,E-03 1,E-05 1,E-07 1,E-09 1,E-11 0,0001 0,001 0,01 0, diamètre (cm) débris météorites ORDIMIP 31 mars

9 9 EVOLUTION: NOMBRE D OBJETS CATALOGUES (source NASA) Iridium-Cosmos Fengyun 1C Ariane V16 ORDIMIP 31 mars Durée de vie La durée de vie en orbite est limitée par la présence d atmosphère ralentissement des objets et, à terme, retombée sur Terre exemples de durée de vie: risques: station spatiale: 400 x 400 km entre 6 mois et 1 an SPOT: 825 x 825 km 200 ans orbite transfert 200 x km environ 10 ans orbite transfert 600 x km ans orbite géostationnaire x km millions d années orbite basse orbite élevée retombée sur Terre: risque de victimes au sol importante durée de vie: risques de collision en orbite ORDIMIP 31 mars

10 10 la population d objets autour de la Terre les risques en orbite et au sol les solutions potentielles et la réglementation ORDIMIP 31 mars Risques en orbite L énergie cinétique d un objet en orbite est très grande Exemple: sphère d aluminium Φ=1 mm à 10 km/s = énergie cinétique d une balle de fusil Même un «petit» débris peut provoquer des dégâts importants Aucun blindage ne résiste à des particules supérieures à 2 cm (exemple ISS) Probabilité de collision (cas Spot): Probabilité sur 1 an de collision avec des objets Taille des objets >0,1 mm >1 mm >1 cm >10 cm probabilité 1 0, ORDIMIP 31 mars

11 11 Exemples LDEF (Long Duration Exposure Facility): des dizaines de milliers d'impacts diamètre de 0,63 cm pour le plus grand ORDIMIP 31 mars Exemple: Hubble Space Telelescope ORDIMIP 31 mars

12 12 Exemple: Hubble Space Telelescope Déploiement des panneaux solaires à l ESTEC Plus de 5000 impacts visibles à l oeil nu ORDIMIP 31 mars ORDIMIP 31 mars

13 13 ORDIMIP 31 mars ORDIMIP 31 mars

14 14 ORDIMIP 31 mars ORDIMIP 31 mars

15 15 NAVETTE SPATIALE Impact hublot ORDIMIP 31 mars Exemples (suite) Impact Bord d attaque RCC Impact Hublot STS 92 φ 10 mm, p 2 mm Navette Spatiale: -en moyenne 1 hublot à changer par mission à cause d'impacts de météorites et de débris -manœuvres d évitement ORDIMIP 31 mars

16 16 STATION SPATIALE INTERNATIONALE ORDIMIP 31 mars CERISE 24 juillet 1996 ORDIMIP 31 mars

17 17 10 février 2009 Cosmos 2251 Iridium 33 ORDIMIP 31 mars Conséquences au sol Rentrée atmosphérique d un objet spatial: Vitesse très élevée ~ 8 km/s Échauffement important, fusion de la plupart des matériaux Efforts aérodynamiques Fragmentation ou explosion du véhicule vers km d altitude Certains matériaux survivent à la rentrée: aciers, titane, céramiques, 20 à 40 % de la masse initiale arrive au sol ORDIMIP 31 mars

18 18 Rentrées atmosphériques 1-rentrées incontrôlées: frottement atmosphérique freinage baisse altitude Retombée aléatoire dans la bande de latitude de l orbite Zone de retombée difficile à prévoir 2-rentrées contrôlées: Une ou plusieurs manoeuvres choix de l instant de retombée Zone de retombée maîtrisée (océan) ORDIMIP 31 mars Exemple de rentrée incontrôlée étage supérieur Delta II au Texas 22 janvier 1997: retombée après 9 mois en orbite ORDIMIP 31 mars

19 19 étage supérieur Delta II au Texas Chambre de combustion moteur Protection thermique Réservoir de 250 kg en acier inoxydable ORDIMIP 31 mars Capacité haute pression (30 kg) Exemple de rentrée contrôlée SPOUA FOOTPRINT FOOTPRINT ATV: Automated transfer vehicle 29 septembre 2008 ORDIMIP 31 mars

20 20 la population d objets autour de la Terre les risques en orbite et au sol les solutions potentielles et la réglementation ORDIMIP 31 mars Quelles solutions? Les fausses solutions: nettoyage des orbites pas faisable aujourd hui techniquement et économiquement Les solutions (très) partielles: protection (blindages) manœuvres d évitement solutions complexes, chères, ne couvrant qu une faible partie du risque La seule solution aujourd hui: la prévention réduire ou supprimer la création de nouveaux débris ORDIMIP 31 mars

21 21 Principe des mesures de prévention LEO GEO Limitation des débris opérationnels Protection des orbites basses: règle des 25 ans Protection de l orbite géostationnaire: orbite cimetière Passivation satellites et lanceurs en fin de vie ORDIMIP 31 mars Problème à résoudre les mesures de prévention des débris ont un coût: masse, performances, développement, opérations équilibre délicat à trouver entre: -ne rien faire et continuer à polluer l environnement terrestre -se pénaliser en appliquant unilatéralement des mesures contraignantes l activité spatiale se développe dans un contexte de concurrence tous les acteurs doivent appliquer les mêmes règles nécessité d un consensus international ORDIMIP 31 mars

22 22 Coopération internationale Au niveau des Agences Spatiales: IADC: Inter Agency Space Debris Coordination Committee recommandations: document technique de référence Au niveau des Etats: Nations Unies COPUOS: Committee on the Peaceful Uses of Outer Space Principes de haut niveau Au niveau des industriels: ISO normes, standards ORDIMIP 31 mars Contrôle de l application Traités des Nations Unies sur l Espace: -responsabilité de l Etat de lancement -obligation de contrôler et d autoriser les activités des entités non gouvernementales Les Etats doivent contrôler les activités de leurs ressortissants: des systèmes de licence ou de loi se mettent en place Loi française sur l espace votée en juin 2008: la Règlementation Technique associée contient des exigences relatives aux débris spatiaux ORDIMIP 31 mars

23 23 CONCLUSIONS Dans l Espace comme sur la Terre: L activité humaine produit des déchets Ces déchets entrainent des nuisances Collisions, retombées La lutte contre la prolifération de ces déchets implique: De la prévention: produire moins de déchets normes, standards, lois De la protection contre les nuisances blindage, évitement Du nettoyage pour enlever les déchets existants pas toujours facile sur Terre extrêmement compliqué et cher dans l espace ORDIMIP 31 mars