Ramassage des déchets orbitaux

Une spin-off de l´École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) a été chargée par l´Agence spatiale européenne (ESA) d´un projet de 100 millions d´euros. ClearSpace SA est aujourd´hui à la tête d´un consortium qui développe la première mission de collecte de débris dans le champ orbital de la Terre.

Nos vies dépendent de plus en plus des technologies spatiales. Nous utilisons les satellites dans la météorologie, les communications, la navigation et pour observer des zones sinistrées. Selon l´Agence spatiale européenne (ESA), environ 40 % des applications mobiles modernes reposent sur la technologie satellitaire et spatiale. Cependant, notre infrastructure est mise en danger.

En effet, 95% des objets en orbite terrestre basse, c´est-à-dire à des altitudes comprises entre 200 et 2 000 kilomètres, sont défectueux et ne sont plus contrôlables. Ce sont des débris spatiaux, de type étages de fusée largués, panneaux solaires (y compris ceux des satellites), outils, éclats de peinture et particules de combustible solide. Ces débris représentent un risque pour les satellites en activité et pour les futures missions spatiales et leurs équipages. Même la station spatiale internationale a dû effectuer à plusieurs reprises des manœuvres pour éviter des débris spatiaux.

Constellations de mini-satellites

La situation devient plus urgente en raison des nouveaux satellites qui continuent d´être placés en orbite. Alors que seulement 50 engins spatiaux étaient envoyés en orbite chaque année entre 2009 et 2012, 800 sont prévus cette année, tendance à la hausse. À l´avenir, la plupart des nouveaux arrivants dans l´espace seront des nanosatellites intégrés dans des constellations de réseaux. La société OneWeb a par exemple commencé en 2019 à construire une constellation d´environ 650 mini-satellites. Leur objectif est de permettre l´accès à Internet même dans les endroits les plus reculés de la planète. Des projets comme celui-ci, ainsi que le tourisme spatial en émergence, exigent d'éliminer les débris spatiaux.

Avec plus de 34 000 objets actuellement recensés fabriqués par l´homme de diamètre dépassant dix centimètres, nous avons atteint un point critique. Si nous ne faisons rien, on estime que 140 000 objets de rebut s´accumuleront en orbite d´ici 2065. En effet, la collision de deux objets crée un champ de débris qui compte une multitude de pièces. Le risque d´une dangereuse réaction en chaîne existe.

Première mission d´enlèvement de débris par l´ESA

Aujourd´hui, un «satellite d´élimination» suisse est sur le point de réaliser pour la première fois une opération inédite: enlever un débris. Prévue pour 2025, la mission ClearSpace One, dirigée par la jeune pousse du même nom, capturera l´étage supérieur VESPA (VEga Secondary Payload Adapter) éjecté d´une fusée lancée en 2013 pour le guider dans l´atmosphère terrestre.

Le prototype de ce nettoyeur spatial utilisera un «chasseur» composé de quatre bras robotisés chargés de saisir et de déplacer l´étage supérieur désaffecté à une altitude de 720 kilomètres. Douze moteurs maxon actionnent les bras tentaculaires de ClearSpace One. Ensuite, l´étage de la fusée capturé sera positionné de manière à pouvoir ralentir hors de son orbite. Cette procédure utilisera des moteurs à réaction disposé sur plusieurs côtés. Lors de la rentrée contrôlée dans l´atmosphère, le VESPA et ClearSpace One prendront feu, composant ainsi la plus grande «usine d´incinération» jamais vue.

Les futurs satellites d´élimination devront répéter cette opération le plus souvent possible. Ils transporteront les objets les plus lourds en orbite basse afin de libérer de l´espace pour des opérations spatiales ultérieures.

La première mission d´enlèvement des déchets de ClearSpace pourrait se dérouler comme représenté. L'entreprise travaille actuellement avec des entraînements maxon composés du moteur à courant continu DCX 22 L et du réducteur planétaire GP 32 HP.

Les chercheurs du Centre spatial de l´EPFL, en Suisse, travaillent sur les systèmes de capture des débris spatiaux depuis 2010. Les connaissances en ingénierie acquises au fil des ans ont été mises au service du développement de ClearSpace One. En 2017, le projet a été essaimé en créant ClearSpace SA, qui a commencé ses activités dans le laboratoire maxon de l´EPFL. Comme l´a observé Luc Piguet, PDG et co-fondateur de ClearSpace SA, «le maxon lab est une plaque tournante du transfert de technologie, ce qui en fait un lieu idéal pour les jeune pousses.» L´équipe de ClearSpace, qui ne cesse de grandir, a été rejointe par des consultants spécialisés issus d´agences spatiales de premier plan et de sociétés ayant une grande expérience des missions. Le conseil consultatif comprend des personnalités telles que Jean-Jacques Dordain, ancien directeur général de l´ESA, et l´astronaute suisse Claude Nicollier.

Il est exceptionnel qu´une jeune pousse se voie confier la responsabilité d´un projet de 100 millions d´euros. En 2019, ClearSpace s´est imposée seule face à Airbus, Thales Alenia Space (France) et Avio (Italie). Luc Piguet raconte: «Malgré notre grande confiance dans notre candidature, nous avons tout de même été surpris d´être autorisés à prendre seuls la tête d´un consortium de projets.» Mais il demeure pragmatique: «Nous avons pris en compte les considérations économiques dès le début.» Les coûts inhérents à chaque désorbitation doivent être aussi bas que possible. Ce point a convaincu l´ESA. Piquet ajoute, avec un sourire modeste, «C´est une grande responsabilité que nous endossons». 

Programme ADRIOS

La mission ClearSpace One fait partie du programme de sécurité spatiale ADRIOS (Active Debris Removal / In-Orbit Servicing) de l´ESA. Son objectif est d'éliminer les déchets spatiaux potentiellement dangereux. Cela doit ouvrir la voie à d´autres missions qui contribueront à développer l´espace de manière responsable. Huit états membres de l´ESA, dont la Suisse, financent le projet à hauteur de 86 millions d´euros. Les 14,2 millions d´euros restants proviennent de sponsors.

Une animation 3D de tous les débris en orbite autour de la Terre sont visualisables ici stuffin.space