ECOLE DES MINES DE DOUAI

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1 ECOLE DES MINES DE DOUAI PAWLOWSKI (Thomas) DEREUMAUX (Vincent) ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE MESURES DE SECURITE LORS DU LANCEMENT D ARIANE 5 «Il ne sert de rien à l Homme de gagner la Lune s il vient à perdre la Terre» (François Mauriac) Promotion 2009 Année Scolaire

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3 3 Table des matières Résumé 5 Abstract... 7 Introduction 9 I/ Les fusées : des engins loin d être inoffensifs. 11 A/ La fusée d hier et de demain / Les premiers concepts de fusées.11 2/ Pourquoi utiliser des fusées? / L avenir des fusées.. 15 B/ La vie dangereuse d une fusée / La campagne de lancement : des opérations à haut risque 18 a) Des responsabilités partagées 18 b) La préparation de la fusée 19 2/ Le lancement d Ariane 5 : des conséquences environnementales à maîtriser. 25 a) ISO : un engagement citoyen.. 27 b) La protection de l environnement au quotidien.. 29 c) Une stratégie payante 31 II/ La zone de lancement : une zone stratégique.. 35 A/ Base de lancement et logistique 35 1/ Des installations au service de la réussite d Ariane / Le choix de la base de lancement : une décision primordiale. 37 3/ La base de lancement : un site à protéger. 38 B/ Un protocole de lancement au service d enjeux économiques importants 45 1/ La campagne de lancement : une succession d étapes cruciales / Enjeux économiques d un lancement. 50 III/Mesures de sécurité après le décollage. 53 A/ La sécurité à distance. 53 1/ Suivi en vol de la fusée / Destruction en vol B/ Les conséquences d un échec / Coût économique d un échec / Conséquences sur l environnement de l explosion en vol d une fusée. 60 Conclusion. 61 Bibliographie.. 63 Glossaire. 65

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5 5 Résumé Le développement des moyens de communication et de la recherche spatiale requiert des lancements de fusées de plus en plus fréquents. De plus, du fait de la pression des investisseurs et de la concurrence grandissante, la fusée européenne, Ariane 5, doit répondre à des exigences de plus en plus pointues. Les avancées technologiques amoindrissent les taux d échecs qui deviennent extrêmement rares. Néanmoins, le risque 0 n existant pas, un panel de mesures de sécurité à tous les niveaux est nécessaire, du choix du site de lancement au suivi de la fusée en vol. En effet, l extrême complexité du lanceur en fait un engin très fragile. De son assemblage à son lancement final, la fusée Ariane est soumise à de nombreux risques, parfois même imprévisibles : incidents techniques, conditions météorologiques, actes de malveillance dans un contexte de psychose d attaques terroristes Ces considérations de sécurité mobilisent des équipes d hommes et de femmes à plein temps. Par ailleurs, tout au long de sa vie, la fusée Ariane est susceptible de mettre en péril son environnement. Ainsi, la fusée doit également composer avec des conditions de respect et de sauvegarde vis-à-vis de la Terre. De nombreux organismes suivent de près la pollution, sous toutes ses formes, qu Ariane pourrait provoquer, que le lancement soit réussi ou non. Malgré toutes les mesures de sécurité mises en œuvre, chaque lancement reste un défi et une remise en cause perpétuelle à tous les niveaux. En dépit de toutes les précautions prises, un incident peut toujours survenir. MOTS CLE Ariane 5 Sécurité Pollution Risques Lanceur Lancement Environnement Site de lancement

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7 7 Abstract Media development and space research require more and more rockets launchings. In addition, because of investors pressure and a growing competition, the European launcher, Ariane 5, must deal with stricter and stricter requirements. Technical advances reduce failure rates, which become extremely rare. Nevertheless, the non-existent risk is a utopia, and a wide range of safety measures is necessary, from the choice of the launching site to the follow-up of the rocket on flight. Indeed, the extreme complexity of the launcher makes it very fragile. From its assembly to its final launching, the Ariane launcher is exposed to many risks, sometimes unpredictable: technical incidents, weather conditions, malevolent intents in a terrorist attacks psychosis context These safety conditions mobilize men and women full-time. Besides, all along its lifetime, the Ariane launcher is likely to jeopardize its environment. In this way, the launcher must respect the Earth. Many organizations monitor the pollution, whatever its form, that Ariane could provoke, in any case. In spite of all these safety measures, each launching remains a challenge and a perpetual calling into question. Despite all the precautions taken, an incident can always happen. KEYWORDS Ariane 5 Safety Pollution Risks Launcher Launching Environment Launching zone

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9 9 Introduction Inventées par les Chinois au 1 er siècle après J-C, les fusées participaient alors à la célébration de cérémonies religieuses, avant de devenir rapidement des engins de guerre. Puis les fusées sont tombées dans l oubli pendant de longs siècles, leur rôle se limitant à celui de feux d artifices. Mais l intérêt suscité par les fusées devint croissant à partir du 17 ème siècle, quand l Homme se mit à rêver de conquête spatiale. Cette passion pour les fusées est présente chez de grands auteurs, tels Cyrano de Bergerac ou, bien sûr, Jules Verne. Puis, bénéficiant des avancées technologiques du 20 ème siècle, les fusées sont passées du statut de fantasme à celui de réalité. La Seconde Guerre mondiale a mené à un développement très rapide des fusées, malheureusement utilisées à des fins non pacifiques. Puis, la montée de la Guerre Froide a encore accéléré la recherche dans ce domaine, ouvrant les portes à la conquête spatiale telle que nous la connaissons aujourd hui. Les fusées pouvant servir d engins de guerre, leur danger pour l Homme et pour l environnement n est donc plus à prouver. De nos jours, le défi majeur dans le lancement de fusées commerciales, telles Ariane 5, est donc d assurer des conditions de sécurité optimales, et un respect maximal de notre environnement. Dans un milieu où le moindre échec peut avoir des conséquences considérables, la sécurité est devenue une question cruciale, sur laquelle repose l avenir des fusées commerciales.

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11 11 CHAPITRE 1 : Les fusées, des engins loin d être inoffensifs 1. A. La fusée d hier et de demain [2] [5] [14] L histoire de la fusée s étale sur près de deux millénaires ; l évolution de ces engins fut d abord extrêmement lente, puis devint fulgurante au cours du 20 ème siècle. En deux mille ans de progrès technologiques, nous sommes ainsi passés de la simple fusée en bambou à Ariane 5, un engin de plus de 45 mètres de haut et de 700 tonnes capable de satelliser plus de 10 tonnes. 1. A. 1 Les premiers concepts de fusées Il est très difficile de déterminer de manière précise la date d apparition de la toute première fusée. Cependant, tout porte à croire que ces engins existent depuis très longtemps. En effet, dès le 1 er siècle après J-C, les Chinois utilisaient des tubes en bambou remplis de soufre, de salpêtre et de poudre de charbon qu ils jetaient dans le feu pour produire une explosion lors de commémorations religieuses : les premières fusées étaient nées. D abord cantonnées à un rôle purement festif de feux d artifice, les fusées chinoises ont rapidement revêtu un rôle bien moins sympathique, celui d armes de guerre : les Chinois ont fixé des flèches sur des tubes de bambou chargés de poudre à canon, qu ils envoyaient sur l ennemi. Ces armes d un nouveau type étaient appelées «flèches de feu», et ont même joué un rôle historique : en 1232, les Chinois et les Mongols étaient en guerre, et lors de la bataille de Kai-Keng, les Chinois ont réussi à repousser l invasion mongole grâce à l utilisation de flèches de feu. Ces fusées constituaient en fait une forme rudimentaire de fusées à carburant solide. Mais il fallut attendre le 17 ème siècle et la naissance des sciences modernes pour que les scientifiques aient en main les outils nécessaires pour comprendre ce qui se cachait derrière la science de la fusée, la «fuséonautique». Ces outils reposent essentiellement sur les lois du mouvement de Newton.

12 12 C est à partir de cette époque que l idée de la fusée telle que nous la connaissons aujourd hui a commencé à faire son chemin dans l imaginaire collectif, comme nous pouvons le constater chez de nombreux auteurs. Ainsi, dans L Autre Monde ou les Estats et Empires de la Lune, Cyrano s élève d abord dans le ciel par un moyen fantaisiste : des flacons remplis de rosée qui s évaporent au soleil ; c est un échec. Cyrano se sert alors de fusées accrochées à son corps, et rêve d un véhicule «mû par des feux successifs de salpêtre», étrange prototype de nos fusées modernes, imaginées avec près de trois siècles d avance. Un peu plus tard, Jules Verne, le créateur du roman d anticipation scientifique, parlera pour la première fois dans son roman Les Cinq Cents Millions de la Bégum (Figure 1, moteur de recherche Google), de l utilisation de fusées tirées par un canon. En dépit d erreurs d ordre techniques, les prévisions de Jules Verne se révéleront souvent être proches de la réalité, puisqu il ira jusqu à faire vérifier ses calculs de trajectoires. Figure 1 : Concept de fusées tirées par un canon Les Cinq Cents Millions de la Bégum (Jules Verne) 1. A. 2 Pourquoi utiliser des fusées? Les fusées sont aujourd hui utilisées dans de nombreux domaines, civils et militaires, et sont aujourd hui devenues indispensables. Leurs applications sont multiples, allant du missile intercontinental à la fusée-sonde, en passant bien entendu par la fusée Ariane. Intéressons-nous tout d abord aux applications militaires de la fusée. Il s avère que les Chinois ont rapidement compris que le potentiel militaire des fusées était immense, puisqu il permettait d atteindre l ennemi tout en restant à distance de

13 13 sécurité. L un des premiers à mener des recherches actives sur la fabrication de fusées militaires fut Werner Von Braun, un ingénieur allemand qui développa notamment les tristement célèbres fusées V1 et V2 (Figure 2, moteur de recherche Google) pour le compte de l armée allemande durant le Seconde Guerre mondiale. Plusieurs milliers de ces «bombes volantes» seront lancées, faisant au moins six mille morts. Von Braun rejoindra plus tard les Etats-Unis, et il sera un acteur majeur de la recherche spatiale américaine au cours des décennies suivantes. Figure 2 : Une fusée V2 au décollage Le développement ultérieur des fusées militaires consistera essentiellement en une augmentation continuelle de la puissance de ces fusées et de leur portée, allant jusqu à huit mille kilomètres pour les fusées les plus récentes. Les fusées sont également utilisées dans le but d étudier notre atmosphère. Ainsi, la toute première fusée lancée depuis le Centre Spatial Guyanais (C.S.G.) de Kourou est une fusée-sonde, Véronique (Figure 3, moteur de recherche Google), qui sera lancée le 9 avril 1968.

14 14 Figure 3 : La fusée-sonde Véronique au décollage Mais l aspect le plus saisissant de l utilisation des fusées est sans doute celui de la conquête spatiale et des vols commerciaux. La conquête spatiale a connu son essor avec la montée de la Guerre Froide, qui a mené à une course à l armement. Cette émulation réciproque a mené à un progrès considérable dans le domaine des fusées. Cette épopée de la conquête spatiale, jalonnée d évènements majeurs tels que la mise en orbite du premier satellite, Spoutnik, par l URSS le 4 octobre 1957, ou des premiers pas de l Homme sur la Lune par les Etats-Unis le 20 juillet 1969 (Figures 4 et 5, moteur de recherche Google), a ensuite donné naissance à une nouvelle ère dans l utilisation des fusées : les vols commerciaux. Cette nouvelle ère marque un tournant dans la vision de l utilité des fusées, qui passent du statut d arme d intimidation militaire et politique à celui d outil commercial. Figure 4 : Le satellite Spoutnik Figure 5 :Neil Armstrong, le 1 er Homme sur la Lune Le rôle de prédilection des fusées, mis à part la recherche spatiale, sera la mise en orbite de satellites de communications, civils et militaires : on ne parlera plus

15 15 simplement de fusées, mais de «lanceurs». Les satellites emportés par ces lanceurs sont appelés «charges utiles». Pour être compétitifs, les lanceurs doivent être capables d emporter des charges utiles de plus en plus importantes dans des conditions de sécurité optimales. L évolution des lanceurs est marquée par la capacité d emporter des charges utiles toujours plus conséquentes. Ainsi le lanceur russe Soyouz-Ikar (Figure 6, moteur de recherche Google) est capable d emporter une charge utile de 4 tonnes, alors qu Ariane 5 (figure 7, est capable de satelliser presque 10 tonnes en orbite géostationnaire, et près de 18 tonnes en orbite basse. Figure 6 : Le lanceur Soyouz-Ikar Figure 7 : Ariane 5 au décollage 1. A. 3 L avenir des fusées L avenir des fusées semble d emblée assuré, car elles sont devenues indispensables dans la mise en œuvre de satellites artificiels, dont dépendent de plus en plus les moyens de communication d usage quotidien. Cependant, ce milieu devient de plus en plus concurrentiel, avec l émergence de nouvelles puissances spatiales, telles que la Chine, le Japon ou l Inde. La montée en puissance de ces pays dans le domaine spatial, qui proposent des prix de plus en plus compétitifs, contraint les nations spatiales «historiques» (Les Etats-Unis, la Russie et l Europe) à se rapprocher via la signature d accords. Ainsi, en janvier 2005, la Russie et

16 16 l Agence Spatiale Européenne (E.S.A.) ont signé un accord ouvrant les portes du Centre Spatial Guyanais (C.S.G.) au lanceur russe Soyouz. Cet accord mènera également à une coopération étroite dans le domaine de l échange de l information. Mais au-delà de ces considérations politico-financières, le rôle des fusées véhiculera toujours une part de rêve : en effet, depuis quelques années, la notion de «tourisme spatial» se concrétise. Réservé pour l instant aux plus fortunés, tels l Américain Denis Tito, le premier touriste de l espace, qui avait payé 20 millions de dollars pour effectuer un vol spatial de 8 jours avec un équipage russe qui l avait mené jusqu à la Station Spatiale Internationale (I.S.S.), cette forme de tourisme pourrait bien se démocratiser. Le milliardaire britannique Richard Branson, fondateur de Virgin, a en effet créé la première compagnie de tourisme spatial, Virgin Galactic, et annonce que le prix du billet pour l espace sera de euros par personne. Les Américains, les Européens et les Japonais travaillent donc désormais sur la réalisation de fusées «touristiques». Le programme le plus avancé semble être pour l instant le Black Horse Pathfinder (Figure 8, moteur de recherche Google). Figure 8 : Le Black Horse Pathfinder

17 17 1. B. La vie dangereuse d une fusée [1] [2] [3] [8] Une fusée peut être vue comme un assemblage complexe de dizaines de milliers de pièces, dans lequel on injecte des dizaines de tonnes de carburant. Ainsi, dans le cas de la fusée Ariane 5 (Figure 9, chaque réservoir est rempli de 237 tonnes de poudre. Figure 9 : Schéma du lanceur Ariane5 On comprend donc aisément que les phases de préparation du lanceur Ariane 5 avant son décollage constituent des phases à haut risque, et où aucun détail ne doit être laissé au hasard.

18 1. B. 1 La campagne de lancement : des opérations à haut risque a) Des responsabilités partagées 18 Une campagne de lancement constitue toujours un véritable défi, où chaque intervenant endosse une responsabilité considérable. Dans le cas du lancement d Ariane 5, ces responsabilités sont réparties entre 3 entités ayant chacune en charge un poste majeur : L opérateur de lancement : Ici ce rôle est occupé par Arianespace, qui est responsable de l ensemble du la mise en œuvre des lanceurs (assemblage, contrôles et vérifications), du processus de lancement, et du suivi du lanceur en vol. L équipe satellite : Elle est responsable de la préparation du satellite et de sa mise à disposition pour un lancement à une date fixée. Le C.N.E.S. et le C.S.G. : Ils les responsables et les gestionnaires de l ensemble des infrastructures utilisées dans le cadre du lancement. Une autorité opérationnelle est en charge de la coordination essentielle entre ces 3 entités. Cette autorité est composée de : - le Directeur de Mission Satellite (D.M.S.) : il est responsable de la campagne pour le client satellite. - le Chef de Mission (C.M.) : il est responsable de la campagne pour l opérateur de lancement. - le Chef des Opérations sur l Ensemble de Lancement (C.O.E.L.) : il est responsable de la préparation du lanceur et de l ensemble de lancement. - le Directeur des Opérations (D.D.O.) : il est responsable de la préparation de la base de lancement et du support fourni par celle-ci au client satellite et à l opérateur de lancement.

19 19 b) La préparation de la fusée Les opérations précédant la phase de lancement proprement dite, prennent place au Centre Spatial Guyanais, et constituent la première étape de la campagne de lancement Ariane 5, qui s étale sur 22 jours. Cette campagne de lancement comprend la préparation et la mise à la verticale des étages, les contrôles, l intégration des charges utiles, le remplissage des réservoirs et la chronologie finale de lancement. Toutes ces étapes prennent place au sein de la base de lancement de Kourou, en Guyane, que nous étudierons en détail un peu plus tard. La campagne se décompose en deux grandes phases : - les opérations au Bâtiment d Intégration Lanceur (B.I.L.), qui durent 13 jours, - les opérations au Bâtiment d Assemblage Final (B.A.F.), qui durent 9 jours. Figure 10 : Plan du C.S.G.

20 20 La préparation d Ariane 5 prend place au sein d installations divisées en 4 parties : -un zoning industriel -la zone de préparation de la fusée -la zone de préparation des charges utiles -la zone de lancement Les carburants sont produits directement sur place, dans le zoning industriel. Ces installations sont mises à l écart de la zone de lancement pour des raisons évidentes de sécurité. La préparation de la fusée (Figures 11 à 14, moteur de recherche Google) se déroule de la manière suivante : B.I.L Bâtiment d Intégration Lanceur B.A.F Bâtiment d Assemblage Final De J1 à J13 : Opérations au B.I.L. Intégration Etage Principal Cryogénique (E.P.C.), case à équipements, Etage à Propergols Stockables (E.P.S),Etages d Accélération à Poudre(boosters). Raccordement et contrôles d étanchéité entre E.P.C. et E.P.S. Contrôles électriques Contrôles de synthèse Préparation du transfert vers le B.A.F. De J14 à J21 : Opérations au B.A.F. Intégration Charge Utile Assainissements Inspection finale Remplissage des réservoirs, pressurisation Armements mécaniques de la Charge Utile

21 21 J22 : Transfert en zone de lancement Le lanceur est transféré en zone de lancement Table de lancement Zone de lancement J22 : Phase de lancement Heure H-6h : Début de la chronologie Heure H-4h30 : Début du remplissage en ergols Heure H-1H : Armements mécaniques Heure H-6 30 : Séquence synchronisée Les phases de transfert du lanceur d un bâtiment à l autre sont des étapes à haut risque, puisque la fusée doit être parfaitement équilibrée afin d éviter tout risque de basculement et donc de destruction totale du lanceur. Ce transfert se fait par le rail et par la route. En effet, la Bâtiment d Intégration Lanceur et le Bâtiment d Assemblage Final sont reliés entre eux par une voie ferrée longue de 1,2 km. Certains éléments de la fusée, tels que les E.P.C., les E.P.S. et la coiffe sont fabriqués en Europe et acheminés en Guyane par voie maritime grâce à deux navires, le Toucan et le Colibri (Figure 15, Figure 15 : Déchargement des containers sur roues contenant les étages d Ariane 5

22 22 Tous ces éléments sont ensuite transportés par la route jusqu à l Ensemble de Lancement Ariane numéro 3 (E.L.A. 3). Ce transit, d environ 15 kilomètres de long, s effectue avec les précautions les plus rigoureuses, à la vitesse de 10 kilomètres par heure environ. L élément qui pose le plus de problèmes est l Etage Principal Cryotechnique (E.P.C.), puisqu il mesure près de 50 mètres de long pour 6 mètres de large. Le convoi comporte également des dizaines de camions transportant la case à équipements, l Etage à Propergols Stockables, la coiffe et les ergols. Ce convoi (Figure 16, conduit à la fermeture de la route nationale 1 pendant toute la durée des opérations. Figure 16 : Une partie du convoi conduisant les éléments d Ariane 5 à l E.L.A. 3 Les Etages d Accélération à Poudre (E.A.P.) sont eux fabriqués directement en Guyane, plus précisément à l Usine à Propergol de Guyane, par mesure de sécurité. Ils sont ensuite acheminés de l usine au Bâtiment d Intégration Propulseurs (B.I.P.) par la route sur le fardier (figure 17, Le fardier est une remorque à roues multiples spécialement conçue pour cet usage. Cette étape est très risquée, puisque les Etages d Accélération à Poudre, lorsqu ils sont remplis, ne peuvent être éteints une fois allumés. La moindre étincelle peut alors mener à l explosion de plus de 237 tonnes de propergol par booster.

23 23 Figure 17 : Un E.A.P. sur le fardier Une fois les opérations d intégration des E.A.P. effectuées, les contrôles mécaniques, fluides et électriques achevés, le lanceur est transféré du B.I.L. au B.A.F. sur sa table de lancement via une double voie ferrée en forme d arc de cercle d une longueur de 1,2 km. Ce transfert s effectue grâce à un transbordeur, une table mobile de plus de 180 tonnes, spécialement conçue pour cet usage. Après les opérations d assemblage et d intégration, le lanceur arrive dans l enceinte du Bâtiment d Assemblage Final sur sa table de lancement, qui est mobile ; il ne quittera plus cette table mobile de lancement jusqu au décollage. Cette table de lancement a une masse à vide de 870 tonnes et dispose d un mât ombilical de 58 mètres de haut abritant toutes les installations nécessaires à l alimentation fluide et électrique et au contrôle du lanceur. Ce mât joue un grand rôle dans la sauvegarde du lanceur, puisqu il est équipé d un système d amortissement du vent (S.A.V.) permettant d absorber l énergie générée par le vent sur le lanceur durant les phases de transfert, garantissant ainsi sa stabilité.

24 24 Le rôle de la table de lancement est crucial. En effet, elle assure : - le support et le maintien du lanceur pendant toute la durée de sa préparation - la protection des équipements d interface entre le lanceur et le sol (ergols, fluides, contrôles de commande servitude) La zone de lancement (Z.L.3) est reliée aux différents bâtiments de préparation du lanceur par une voie ferrée de 2,8 kilomètres de long. Environ 8 heures avant le lancement, l ensemble table/lanceur, pesant plus de 1600 tonnes, commence son transfert vers la zone de lancement. A raison d une vitesse de 4 kilomètres par heure, il faut près de 42 minutes pour effectuer ce transfert dans des conditions de sécurité optimales (Figure 18,

25 25 Figure 18 : Ariane 5 sur sa table mobile de lancement La mise en œuvre d Ariane 5 et sa préparation à un lancement constituent déjà à elles seules une succession d opérations délicates et potentiellement dangereuses. 1. B. 2. Le lancement d Ariane 5 : des conséquences environnementales à maîtriser Les réservoirs d Ariane 5 étant remplis de dizaines de tonnes de propergols, il va sans dire que le lancement de cette dernière a un impact non négligeable sur l environnement (Figure 19,

26 26 Figure 19 :Ariane 5 au décollage : un nuage de propergols gigantesque En effet, le lancement d Ariane 5 provoque la libération dans l atmosphère de quelques 500 tonnes d ergols. Même si la phase de lancement est la phase la plus critique quant aux retombées écologiques, c est toute la phase de préparation du lanceur qui est à surveiller : transport, stockage, rejets de matières dangereuses sont ainsi encadrés et surveillés avec une très grande attention. De plus, le C.N.E.S. réalise chaque année des campagnes de mesure destinées à évaluer l impact des activités spatiales sur l environnement. Ces mesures se font avant et après le lancement : avant le lancement, des modèles (Figure 20, DRIRE.gouv.fr) permettant d estimer la direction du nuage en fonction de différents paramètres sont effectués sur ordinateur ; après le lancement, des capteurs viennent confirmer ou infirmer ces modèles.

27 27 Simulation de dispersion atmosphérique de polluants Modélisation de la trace du nuage au sol en fonction des données météorologiques (logiciel SARRIM) Optimisation de l'emplacement des capteurs SPPPI - Sinnamary - 02/12/2005 Page 13 Figure 20 : Modèle de dispersion du nuage de combustion Le C.N.E.S. a donc conscience de l impact environnemental que peuvent engendrer ses activités, et s est engagé à préserver au mieux l environnement à travers l obtention de la norme ISO a) ISO : un engagement citoyen La norme ISO repose sur un principe d amélioration continue de la performance environnementale par la maîtrise des impacts liés à l activité de l entreprise. La roue de Deming (Figure 21, moteur de recherche Google) est le principe de base sur lequel reposent toutes les exigences de la norme ISO

28 28 Figure 21 : La roue de Deming : les principes de la norme ISO La norme ISO se divise en 4 parties : -Prévoir -Faire -Prouver et contrôler -Corriger et réagir L obtention de cette norme est le résultat d une démarche volontaire du C.N.E.S. et des entreprises présentes au C.S.G., elle est donc indépendante et va au- delà des réglementations françaises en vigueur en matière de sauvegarde de l environnement.

29 29 Les enjeux de cette certification pour le C.N.E.S. sont de : -sensibiliser les acteurs du C.N.E.S. et du C.S.G. et les partenaires industriels à la sauvegarde de l environnement -montrer que les activités du C.N.E.S. sont conformes aux exigences réglementaires en vigueur -maîtriser les impacts environnementaux -réduire la consommation en ressources naturelles -renforcer la compétitivité -préserver l environnement et le cadre de vie guyanais b) La protection de l environnement au quotidien La sauvegarde de l environnement est pour le C.N.E.S. une préoccupation de tous les jours, de la préparation de la fusée au lancement final. Les dispositifs de sauvegarde sont présents à tous les niveaux : mise en place de bacs de rétention sous les groupes électrogènes, mise en place d un système de traitement sur certains stockages d hydrocarbures, mise à disposition de poubelles de tri pour les piles et les cartouches d imprimante. Le personnel est de plus sensibilisé à l environnement dans le cadre de la formation sauvegarde. Beaucoup d efforts sont réalisés au C.S.G. quant à la gestion des déchets, mais il reste du chemin à faire. La certification ISO s accompagne souvent d autres certifications relatives à la sécurité. C est le cas pour certaines entreprises participant au projet Ariane 5. Par exemple, la société Europropulsion, a obtenu outre la norme ISO 14001, la norme OHSAS relative à la santé et à la sécurité du travail. Cette double certification résulte d une forte culture sécurité chez la société Europropulsion liée à son activité pyrotechnique. La société ne souhaitait pas dissocier la sécurité du travail et la santé de son environnement. La société franco-italienne Regulus, exploitant l Usine de Propergol de Guyane, a quant à elle obtenu une triple certification ISO ISO BS Il s agit d une démarche globale Environnement Qualité - Sécurité, qui selon le

30 30 directeur de Regulus, sont trois qualités indissociables. En effet, en tant qu exploitant d une installation classée SEVESO 2, la société Regulus doit respecter des contraintes réglementaires tant sur le plan de la sécurité des personnes que sur la protection de l environnement. L obtention de ces normes se traduit par des actions concrètes sur le terrain : c est ainsi qu en 2001 la société a installé une station d épuration des eaux perchloratées, c'est-à-dire les eaux polluées par le perchlorate d ammonium utilisé dans la fabrication des segments de propergols pour les étages d accélération à poudre d Ariane 5. Les déchets de perchlorate d ammonium sont traités biochimiquement en voie humide. Cette station, qui est opérationnelle depuis février 2005 après l installation de 4 grandes cuves nécessaires à son fonctionnement, est une installation unique au monde. D autres projets ambitieux visent, à long terme, au retraitement physico-chimique des déchets pyrotechniques, ce qui permettrait d éliminer le brûlage à l air libre des résidus de coulée, source de pollution non négligeable. La consommation d énergie, d eau ou de papier est également soumise à des contrôles visant à une réduction de ces consommations. Le parc informatique a été élargi, le réseau de messagerie interne a été amélioré afin d économiser du papier, le parc automobile a été changé afin d économiser du papier. La volonté de sauvegarder au maximum l environnement est une stratégie à long terme. Le C.N.R.S. (Centre National de la Recherche Scientifique) mène des recherches visant à réduire les émissions polluantes dues à la combustion qui se produit dans les réacteurs des fusées. Ces recherches visent au développement de moteurs de fusées moins polluants, moins coûteux, et réutilisables dans des conditions de sécurité optimales. De nouveaux procédés sont développés dans cette optique, tels la propulsion par ondes de détonation pulsée : ce procédé vise à remplacer les turbopompes complexes et onéreuses introduisant l hydrogène et l oxygène liquide dans la chambre de combustion du moteur Vulcain de l actuelle Ariane 5. Ces turbopompes seraient à terme remplacées par de grands «tubes à chocs» assurant des détonations de fréquence 100 Hz, provoquant un effet de propulsion très puissant, et à moindre coût. La pollution sonore est elle aussi prise en compte. Néanmoins, la réglementation prévoit d isoler les bâtiments de type atelier ; mais isoler de tels bâtiments dans un climat tel que celui qui règne en Guyane implique de les

31 31 climatiser, ce qui n est malheureusement pas toujours compatible avec les activités qui s y déroulent. Il faut ajouter qu afin de limiter la pollution, les lancements sont effectués dans des conditions météorologiques très précises : le vent doit être très faible, afin de minimiser la dispersion du nuage polluant au moment du décollage. De plus, après chaque vol, des capteurs répartis sur l ensemble du site rendent compte de la qualité de l air. c) Une stratégie payante Jusqu à présent, les multiples campagnes de mesure (Figure 22, DRIRE.gouv.fr) menées par des organismes indépendants (D.R.I.R.E, I.N.E.R.I.S.) semblent attester de l efficacité des mesures prises par le C.N.E.S. afin de limiter les conséquences environnementales de ses activités spatiales en Guyane. Figure 22 : Préleveurs de l I.N.E.R.I.S visant à des analyses d eau de pluie et d air Dans l enceinte du C.S.G. Ces mesures visent à étudier les effets de l activité spatiale sur la faune, la flore, les cours d eau et l atmosphère.

32 32 Des ornithologues veillent ainsi à la sauvegarde des oiseaux guyanais en prélevant des plumes de ces oiseaux. Ces plumes sont ensuite analysées afin de relever le taux d alumine, résultant du lancement d Ariane 5, présent dans l atmosphère. Ces prélèvements sont systématiques et effectués chez une quinzaine d espèces d oiseaux situés à différentes distances du pas de tir, mais toujours situés sur l axe de passage du nuage de combustion des boosters : à 300 mètres du pas de tir, à 1,5 kilomètres, à 6 kilomètres et plus. Différents sites témoins plus éloignés ont été choisis afin de servir de référence aux mesures effectuées à Kourou. A l issue de ces études (Figure 23, DRIRE.gouv.fr), il s avère que le taux d alumine sur le C.S.G. n est pas plus élevé qu ailleurs, et qu il devient même nul au-delà de 5 kilomètres. Les oiseaux semblent de plus capables d excréter l alumine, leur taux de reproduction reste similaire d une année à l autre. Certaines espèces, comme les Aras, pourtant réputés sensibles, viennent même nicher sur le site du C.S.G., à deux pas de la zone de lancement. CONCLUSIONS / Impact sur l avifaune Impact sur l avifaune Les résultats du vol 163 sont communs aux tirs précédents. Les retombées des particules d alumine sur la faune sauvage sont clairement mesurables en champ proche (jusqu à une distance de 500m de la ZL3) et ne le sont plus au-delà. Il n a pas été observé d effets sur le comportement des oiseaux ou de la qualité des peuplements d oiseaux. Les sites étudiés ont tous confirmé la richesse des peuplements d oiseaux, les écosystèmes étant non dégradés et préservés. L accès réglementé du site favorise la conservation de l avifaune. On peut observer des espèces très rares comme la picolette. SPPPI - Sinnamary - 02/12/2005 Page 8 Figure 23 : Conclusion d un rapport de la D.R.I.R.E. à la suite d une campagne De mesure du taux d alumine chez les populations d oiseaux du C.S.G.

33 33 Le fait que certaines zones du C.S.G. soient totalement protégées de la chasse en fait même une vraie réserve naturelle peuplée d espèces animales menacées dans le reste de la Guyane. Des partenariats entre le C.N.E.S. et l Office National des Forêts ou l Office National de la Chasse Faune Sauvage ont été signés afin de pérenniser la bonne santé de l environnement du Centre Spatial Guyanais. A l issue de cette partie, il convient de souligner que la «consommation» de la fusée Ariane 5, ramenée au kilomètre, est comparable à celle d un Boeing 747. Or, il ne décolle qu une dizaine de fusées Ariane chaque année, alors que chaque jour des centaines d avions gros porteurs parcourent le monde. L impact environnemental de l activité spatiale est donc en fait très ponctuel, très localisé et sans commune mesure avec d autres activités industrielles.

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35 35 CHAPITRE 2 : La zone de lancement, une zone stratégique 2. A. Base de lancement et logistique [4] [8] [11] Le lancement d une fusée de plus de 45 mètres de haut et de 700 tonnes comme Ariane 5, dans des conditions de sécurité optimales, requiert des installations de haute technologie. Rien ne doit être laissé au hasard, du choix de la situation géographique du site à l emplacement des différents bâtiments. 2. A. 1 Des installations au service de la réussite d Ariane 5 On regroupe sous le terme de «base de lancement» l ensemble des installations nécessaires à un lancement en toute sécurité, autant pour les lieux que pour les populations environnantes, de la fusée Ariane 5. Dans le cas d Ariane 5, la base de lancement (Figure 24, se compose du zoning industriel, de la zone de préparation de la fusée, de la zone de préparation des charges utiles et de la zone de lancement. B.I.P. B.I.L. B.A.F. Figure 24 : Photographie aérienne de la base de lancement d Ariane 5 à Kourou (Guyane)

36 36 B.I.P. : Bâtiment d Intégration Propulseur B.I.L. : Bâtiment d Intégration Lanceur B.A.F. : Bâtiment d Assemblage Final. Les emplacements des différents bâtiments ne sont pas choisis au hasard. Par exemple, le zoning industriel où sont produits tous les carburants nécessaires au lancement, est mis à l écart de la zone de tir pour des raisons évidentes de sécurité. Les installations de ce zoning produisent la poudre des E.A.P., l hydrogène et l oxygène liquide de l étage principal d Ariane 5 et les autres fluides. C est également ici que les E.A.P. sont remplis de poudre avant d être acheminés en zone de préparation par voie ferrée. Ces installations doivent être capables de stocker des produits potentiellement dangereux en toute sécurité. Les carburants liquides sont donc stockés dans des cuves protégées thermiquement, car l hydrogène liquide doit être maintenu à une température de -270 C, et l oxygène liquide à -180 C. La zone de préparation de la fusée regroupe 3 grands bâtiments éloignés les uns des autres pour des raisons de sécurité : - le B.I.P., où les différents segments remplis de poudre sont assemblés l un à l autre afin d obtenir les 2 boosters finaux nécessaires à la propulsion de la fusée - le B.I.L., où l étage principal du lanceur est intégré entre les 2 boosters, et où l étage supérieur est assemblé - le B.A.F., où la charge utile, c'est-à-dire le satellite, est installée au sommet de la fusée Les carburants sont produits en Guyane même, car ils sont souvent dangereux à transporter. L Usine de Propergol de Guyane (U.P.G.) assure ainsi la production et le chargement des E.A.P., qui pèsent une fois remplis près de 237 tonnes chacun.

37 37 2. A. 2 Le choix de la base de lancement : une décision primordiale La localisation géographique de la base de lancement influe fortement sur les capacités de mise en orbite du lanceur, ainsi que sur les conditions de sécurité du lancement. Le choix du centre de tir est donc crucial. Le site de Kourou n a pas été choisi au hasard. En effet, de par sa situation géographique (5 degrés au Nord de l équateur), la fusée Ariane bénéficie de l effet de fronde du à la rotation de la Terre. Cet effet de fronde permet au lanceur de pouvoir satelliser des charges utiles beaucoup plus lourdes et apporte ainsi un gain de performance considérable. Ainsi, un lanceur capable de satelliser 5 tonnes de charges utiles à Kourou ne pourrait satelliser «que» 4,2 tonnes en partant de Cap Canaveral, en Floride (28,5 degrés au Nord de l équateur). De plus, la Guyane est un département français très peu peuplé ( habitants), facile d accès, disposant de ports, et où un accident majeur ne mettrait en péril la vie que d un nombre limité de personnes. La situation géographique de la Guyane permet d effectuer les lancements en direction de la mer, ce qui a constitué un argument de poids dans le choix du site, en cohérence avec des objectifs de sauvegarde et de sécurité du C.N.E.S.. Il faut ajouter que la Guyane n est, contrairement au site de lancement américain de Cap Canaveral en Floride, que très peu exposée aux tempêtes des Caraïbes. Ces considérations météorologiques sont importantes, car elles prémunissent les installations du C.S.G. de dégâts occasionnés par les tempêtes. Le site de lancement peut de plus être utilisé toute l année, assurant ainsi une rentabilité maximale. C est donc un ensemble de considérations prenant en compte la sécurité et les performances du lanceur qui ont mené à choisir Kourou parmi 14 autres sites de lancement.

38 38 2. A. 3 La base de lancement : un site à protéger Le Centre Spatial Guyanais représente une superficie totale de près de 1200 kilomètres carrés. Cette surface très importante, comportant des installations de haute technologie, potentiellement dangereuses et extrêmement onéreuses, nécessite une surveillance et une protection de tous les instants. Le site du Centre Spatial Guyanais fait ainsi partie des rares sites civils à être classés «Installation Prioritaire de Défense», qui constitue le niveau de classification établi par l Etat le plus élevé. Cette protection doit être en mesure de parer à diverses menaces, dans un contexte de psychose terroriste : intrusions sur le site avec les risques de sabotage et d espionnage que cela pourrait entraîner, attaques aériennes, ou tout simplement les risques d incendie dus à d éventuels accidents. Cette protection doit être une préoccupation de tous les instants, en période de campagne de lancement ou non ; cependant, les moyens mis en œuvre fluctuent quelque peu, que l on soit en campagne ou pas. Les moyens mis à disposition du C.S.G. afin d assurer sa protection sont à la mesure des infrastructures à protéger, c'est-à-dire considérables. La protection du site se fait à deux niveaux : - à l intérieur du site, la protection du site est assurée par la Brigade des Sapeurs-Pompiers de Paris et par le service Sûreté/Protection, comprenant notamment une équipe de démineurs - à l extérieur du site, la protection est assurée par l armée : l armée de terre, l armée de l air, la marine et la gendarmerie La surveillance se fait donc sur terre, sur mer et dans les airs. La surveillance terrestre est essentiellement assurée par le 3 ème Régiment Etranger d Infanterie (Figure 25, Sirpa.air), aidée de la gendarmerie. Ce régiment est présent en permanence depuis 1973, et il assure grâce à ses moyens terrestres et antiaériens une force de dissuasion efficace. Il rassemble près de 650 hommes.

39 39 Figure 25 : Des hommes du 3 ème R.E.I. pendant un exercice En dehors des périodes de lancement, ce régiment assure la sécurité du centre et la dissuasion par sa présence. Le régiment effectue chaque semaine un entraînement qui consiste en des manœuvres aléatoires. Il peut également intervenir en situation d accident, pour récupérer des débris en mer ou dans la forêt par exemple. En période de campagne, le régiment s assure que personne ne circule dans l enceinte du C.S.G., et 36 heures avant le lancement de la fusée Ariane 5, la mobilisation de leurs moyens matériels est maximale : des patrouilles sont effectuées à bord de Jeeps P4 et de véhicules chenillés, des postes d observation sont disposés aléatoirement. Le régiment effectue également des missions de reconnaissance dans des zones difficiles d accès, telles que la mangrove, les marais, ou la forêt. Les unités antiaériennes sont également mobilisées : mise en batterie de

40 40 canons de 20 mm et de postes de tirs de missiles guidés par 2 radars d approche à courte portée. La mise à disposition de véhicules tout terrain (motos, quads ) permet au régiment d intervenir très rapidement et de parer ainsi à d éventuels problèmes pouvant mettre en péril le bon déroulement du lancement. La mission de protection en mer est confiée à la Marine Nationale, épaulée par la Gendarmerie maritime ; des navires militaires patrouillent donc au large des côtes guyanaises, notamment durant les phases sensibles comme pendant le déchargement des éléments de la fusée. La Marine est habilitée à dérouter tout navire se trouvant sur la trajectoire du lanceur. Un hydravion vient compléter le dispositif en assurant la surveillance de la zone côtière. La surveillance aérienne est assurée par l Armée de l Air, qui assure le contrôle de l espace aérien guyanais et qui gère le trafic. Des hélicoptères Puma permettent d évacuer des personnes en cas d accident et peuvent transporter une patrouille. Les hélicoptères Fennec sont disponibles à tout instant afin d intervenir sur tout aéronef léger présentant une attitude hostile ou outrepassant une interdiction de survol du site. Des tireurs d élite se trouvent à bord de ces hélicoptères (Figure 26, Sirpa.air), se tenant prêts à abattre tout individu suspect.

41 41 Figure 26 : Deux hélicoptères Fennec. A l arrière plan, le C.S.G. Ce dispositif de sûreté aérienne est complété par un imposant système radar, reposant sur le Centaure, d une portée supérieure à 200 kilomètres. Comme évoqué précédemment, les moyens mobilisés peuvent fluctuer en fonction de la campagne. Certains lancements sont ainsi qualifiés de «sensibles». Par exemple, le lancement d un satellite militaire, ou lorsque le pays client fait l objet de menaces Dans ce cas, le dispositif de sécurité est renforcé par la mobilisation de 4 radars supplémentaires d une portée de 18 kilomètres, d un avion-radar A.W.A.C.S. et de 4 Mirage 2000 (Figure 27 et 28, Sirpa.air).

42 42 Figure 27 : Un Mirage 2000 au décollage. A l arrière-plan, la forêt guyanaise. Figure 28 : Un avion A.W.A.C.S. au décollage. Véritable «œil du ciel», il participe à la sûreté aérienne du Centre Spatial Guyanais.

43 43 Les démineurs sont également présents sur le site, leur rôle consiste essentiellement à : contrôler des bâtiments avant l arrivée du lanceur, neutraliser des éléments potentiellement explosifs, rechercher des substances suspectes Leur présence au sein du Centre Spatial Guyanais est d autant plus importante en période de psychose terroriste. Toutes les infrastructures du site sont minutieusement inspectées, depuis l arrivée des éléments du lanceur au port de Pariacabo jusqu au lancement final. Ils jouent un rôle «d éclaireurs» en parcourant l itinéraire qu empruntera le lanceur, et en l inspectant scrupuleusement. Les points d approvisionnement en énergie, tels que les réservoirs, sont particulièrement surveillés. Les démineurs du C.S.G. ont suivi une formation spécifique, et ils sont capables de faire face à toute éventualité, notamment grâce à un équipement de pointe : un robot capable de détecter la trace de bombes potentielles extrêmement performant (son pouvoir de détection est supérieur à celui d un chien), des appareils de radiographie portables, des caméras montées sur des bras télescopiques, des miroirs endoscopiques La Brigade des Sapeurs-Pompiers de Paris, forte de 68 hommes, joue un rôle majeur dans la sécurité du site. Les pompiers effectuent près de 3000 sorties par an, et leurs missions sont extrêmement variées : - prévention et lutte contre l incendie - prévention des explosions et lutte contre leurs effets - secours aux victimes, assistance aux personnes - recherche de personnes - lutte contre la pollution - évacuation d animaux - protection des biens Le soir du lancement, environ 50 sapeurs pompiers sont mobilisés, appuyés par 4 ambulances et des équipes de secouristes. Leurs moyens logistiques sont importants : 8 véhicules de lutte contre l incendie, 3 bateaux, 4 ambulances, du matériel de secours routier, de lutte contre le risque chimique. Le rôle des sapeurs pompiers est appuyé par un système d alarmes imposant et très performant.

44 44 Le Centre Spatial Guyanais est en effet quadrillé par un système d alarmes très efficace et prenant en compte toute menace potentielle. Ce système s articule autour de 3 sous-systèmes : Le système «Syncer» est le système de détection d incendie. Ce système est capable, à l aide de centaines de capteurs, de détecter la moindre fumée suspecte dans tout le site. Le système alerte alors la brigade des sapeurs-pompiers, lui donnant la localisation précise de l incendie potentiel. Les pompiers connaissent alors le nom et l emplacement du bâtiment, l étage, la pièce et le détecteur responsable du déclenchement de l alarme. Ce système permet aux pompiers d intervenir très rapidement sur tous les incendies. Le système «Sphinx» permet de contrôler l accès aux bâtiments de l ensemble du site. Il s appuie sur 500 lecteurs de cartes magnétiques et près de points de contrôle répartis sur le site. Les informations collectées par ces points de contrôle sont gérées par deux centres d alarme. Ce système est entièrement informatisé. Ce système est de plus paramétrable en fonction des activités de la base. Le système «Codex» est un système de surveillance de la pollution atmosphérique. Il repose sur la présence de capteurs atmosphériques et participe à la détection de pics de pollution. Ce système de sauvegarde est complété par «Le Système d Aide à la Décision Sauvegarde», qui permet, à l aide de modèles mathématiques, d exposer les zones dangereuses en fonction des activités de la base, et prenant en compte la protection de l environnement du site.

45 45 2. B. Un protocole de lancement au service d enjeux économiques importants [2] [6] [12] 2. B. 1 La campagne de lancement : une succession d étapes cruciales Tous les lancements européens se font à l aide de la fusée Ariane, cependant ils sont loin de se ressembler. C est pour cette raison que l étude d une campagne se fera sur un exemple bien précis : le 25 ème lancement d Ariane 5 au service d un satellite Européen (en l occurrence, MSG-2, faisant partie d un programme européen de quatre satellites géostationnaires d observation et de détection météorologiques) et d un satellite Indien (INSAT 4A qui sera le 11 ème satellite Indien mis en orbite par ce lanceur). Ainsi, dans le tableau suivant sont regroupées les étapes de la préparation au lancement des satellites INSAT 4A et MSG-2. Ces étapes sont importantes puisqu elles contribuent à la réussite des missions de mise en orbite. Avancement dans le calendrier jusqu au jour J Dates Opérations sur les satellites 21 Juin 2005 Arrivée de MSG-2 à Kourou et début de sa préparation au S5 C 25 Octobre 2005 Arrivée de INSAT 4A à Kourou et début de sa préparation au S1 B 17 Novembre 2005 Début de la campagne du lanceur 17 Novembre 2005 Erection E.P.C. 18 Novembre 2005 Transfert de INSAT 4A du S1 B au S5 B Novembre 2005 Transfert et positionnement des E.A.P. 21 Novembre 2005 Intégration E.P.C./E.A.P Novembre 2005 Opérations de remplissage de INSAT 4A au S5 B 23 Novembre 2005 Erection E.P.S. 23 Novembre 2005 Intégration case à équipements 24 Novembre 2005 Transfert du MSG-2 du S5C au S5 A 29 Novembre et 1er Opérations de

46 46 Décembre 2005 remplissage de MSG-2 au S5 A 7 Décembre 2005 Transfert B.I.L./ B.A.F. J-10 8 Décembre 2005 Assemblage INSAT 4A J-9 9 Décembre 2005 Transfert INSAT 4A au B.A.F. J-8 10 Décembre 2005 Assemblage INSAT 4A J-7 12 Décembre 2005 Intégration Coiffe Assemblage MSG-2 et transfert au B.A.F. J-6 13 Décembre 2005 Hissage et assemblage de MSG-2 sur le lanceur J-5 14 Décembre 2005 Intégration du composite haut (INSAT 4A) sur le lanceur J-4 15 Décembre 2005 Remplissage S.C.A. (système de contrôle d altitude) Remplissage E.P.S. J-3 16 Décembre 2005 Remplissage E.P.S. Répétition générale J-2 19 Décembre 2005 Préparation finale du lanceur et armement du lanceur Revue d aptitude au lancement (R.A.L.) J-1 20 Décembre 2005 Transfert du lanceur en zone de lancement et raccordements. Remplissage de la sphère hélium liquide de l E.P.C. J-0 21 Décembre 2005 Chronologie de lancement Remplissage de l E.P.C. en oxygène et hydrogène liquides La chronologie de lancement regroupe les opérations de préparation finale du lanceur, des satellites et de la base de lancement. Le bon déroulement de cette chronologie autorise l allumage du moteur de l Etage Principal Cryogénique (E.P.C.) puis des deux Etages d Accélération à Poudre (E.A.P.), le plus tôt possible dans la fenêtre de lancement autorisée pour les satellites. La chronologie se termine par une «séquence synchronisée», gérée par le calculateur du banc de contrôle et du lanceur Ariane à partir de H0-7 min. Si la durée de chronologie détermine H0 au-delà de la fenêtre de lancement, le lancement est reporté à J+1, ou ultérieurement suivant la cause du problème et la solution à apporter.