Clearspace, la startup qui veut nettoyer l’espace

GPM Core Observatory By: NASA Goddard Space Flight Center - CC BY 2.0

ClearSpace s’est constituée à partir du projet CleanSpace One initié par Muriel Richard-Noca du Centre Spatial de l’EPFL en 2012.

Par Pierre Brisson.

ClearSpace, une startup suisse spin-off du Space Center de l’EPFL1, veut nettoyer l’espace proche qui commence à être sérieusement encombré de vieux satellites hors d’usage et de débris de toutes sortes. C’est un vrai défi mais elle pourrait le relever. C’est aussi un business et il dispose d’un créneau important pour se développer. Nous lui souhaitons plein succès !

Le 23 mai 2019, SpaceX a lancé 60 satellites de 227 kg chacun qui doivent être placés sur des orbites situées à environ 550 km d’altitude (la station spatiale internationale évolue entre 350 et 400 km). Ce lancement a été effectué dans le cadre du programme « Starlink » qui a pour objet de permettre l’accès à Internet partout dans le monde. Il en est prévu beaucoup d’autres car Elon Musk veut mettre en place une constellation de 12 000 satellites qui seront positionnés entre 500 et 1325 km d’une part et 346 et 335 km d’autre part afin de « couvrir » l’ensemble du globe ! L’orbite basse (« LEO ») a été choisie plutôt que l’orbite géostationnaire (36 000 km d’altitude) pour limiter au maximum le temps de latence entre une demande et une réponse (vitesse de la lumière) et c’est ce choix qui impose la multiplicité des satellites (étant plus proches du sol leur couverture est plus réduite).

12 000 c’est vraiment beaucoup et c’est beaucoup trop ! Il y a deux problèmes résultant du nombre : d’une part ces satellites peuvent créer des effets parasites gênants pour l’observation du ciel à partir des observatoires terrestres et ce non seulement en termes de lumière visible mais aussi en termes d’ondes radio (non seulement ils réfléchissent mais aussi ils émettent) ; ils sont d’autre part la source potentielle de collisions et donc d’une multitude de débris futurs qui disparaîtront d’autant plus lentement que leur altitude est élevée.

En dessous de 600 km, les orbites sont qualifiées de « self-cleaning » car les objets qui les parcourent sont freinés par une atmosphère de plus en plus dense et s’y consument relativement vite (25 ans, tout de même, au plus haut !). Ceux qui évoluent au-dessus constituent potentiellement une vraie nuisance (qui peut dégénérer en syndrome de Kessler par enchaînement des impacts). Ils ne pourront redescendre pour être consumés dans l’atmosphère dans un délai de temps raisonnable que s’ils disposent d’un système de propulsion qui peut les freiner et d’ergols pour l’alimenter ou bien si l’on va les chercher !

Elon Musk conscient du problème

Elon Musk est conscient du problème mais répond « that the chances of collisions happening in space will be small. The space junk thing — we don’t want to trivialize it or not take it seriously, because we certainly do take it seriously — but it’s not crowded up there. It’s extremely sparse ». Il est vrai que la société SpaceX a dû déclarer à la Federal Communications Commission qu’elle avait pris les mesures supposées nécessaires pour éviter les collisions et la production des débris. Mais un expert de l’ESA (Stijn Lemmens, Senior Debris Mitigation analyst) exprime publiquement ses doutes sur la probabilité que ces mesures soient suffisantes. En ce qui concerne la pollution lumineuse Elon Musk suggère de pratiquer plutôt l’astronomie à partir de l’espace. C’est un peu désinvolte !

De plus SpaceX n’est pas la seule société à faire des lancements d’objets en LEO au-dessus de 600 km. Aux satellites de Starlink vont s’ajouter ceux de OneWeb, Telesat, Amazon et d’autres (comme on dit, « the sky is the limit » !). On estime aujourd’hui à 1540 les satellites en fonction dont 1300 en LEO entre 600 et 1100 km. Ce nombre va quadrupler dans les prochaines années. À côté d’eux il y a environ 23 500 objets de plus de 10 cm en orbite (dont 3000 satellites non opérationnels), résultat d’une histoire qui a commencé en 1957 avec Spoutnik (il y a eu depuis lors plus de 5250 lancements et plus de 500 explosions, collisions, destructions en orbite). 18000 d’entre eux ont été catalogués par le Space Surveillance Network de l’US Air Force (SSN). 75 % sont situés en LEO et ce sont les plus dangereux car ils occupent la zone la plus fréquentée et la moins vaste (surface de la Terre 510 millions de km2, surface d’une sphère de même centre mais de rayon augmenté de 600 km : 610 millions de km2, sphère de l’orbite géostationnaire : 22490 millions de km2).

Pour apprécier ces chiffres, il faut bien comprendre qu’un satellite ce n’est pas seulement un point dans le ciel. C’est d’abord une masse parcourant une trajectoire à environ 8 km/s (plus précisément, la vitesse qui permet de conserver son altitude en LEO). Pour aggraver la situation toute collision aboutit à la dispersion des objets dans plusieurs directions (fonction de l’angle d’impact, des vitesses relatives et de la structure des satellites, cf. syndrome de Kessler mentionné ci-dessus). Et certains se moquent totalement de cette dégradation comme le prouvent les destructions de satellites par des missiles à partir du sol, comme l’on fait l’URSS et les États-Unis (ils y ont aujourd’hui officiellement renoncé) et la Chine ou l’Inde encore tout récemment (sans excuse ni remord !).

Arrêtons de polluer l’espace !

Il est évidemment inenvisageable d’interdire à qui que ce soit de lancer des satellites, l’interdiction ne serait pas respectée puisque l’humanité a besoin de ces équipements et qu’il n’y a pas de gouvernement mondial pouvant imposer une interdiction. D’un autre côté c’est notre intérêt commun à nous tous Terriens de ne pas continuer à polluer l’espace comme on l’aurait fait il y a quelques dizaines d’années quand on n’avait pas pris conscience du danger, réel, d’étouffer notre civilisation sous nos propres débris ou déchets. Ce qui est valable à la surface de la Terre est évidemment valable dans notre espace proche.

Les constructeurs de satellites peuvent y incorporer, avant le lancement, des dispositifs permettant leur freinage, la désorbitation et donc la destruction dans la haute atmosphère quand ils le décideront. Mais quid pour ceux qui ne le font pas et pour les autres qui n’ont rien fait ou qui ont voulu faire et n’y sont pas parvenus ? L’électronique d’un satellite est fragile face aux radiations, en plus des risques de collisions… Même si un satellite dispose de tout un système pour le faire revenir sur Terre, il peut y avoir des défaillances et donc un risque qu’en dépit de toute bonne volonté, un tel retour soit impossible.

C’est là ou intervient la société ClearSpace qui nous propose une solution indispensable et réaliste. ClearSpace s’est constituée à partir du projet CleanSpace One initié par Muriel Richard-Noca du Centre Spatial de l’EPFL en 2012. Il s’agit d’abord de lancer (en 2024) un satellite expérimental « CleanSpace One » pour aller décrocher le nano satellite SwissCube (lancé en 2009) puis, sur la base de cette expérience, de commercialiser un service de satellites récupérateurs-désorbiteurs qui serait adapté aux divers types de débris à désorbiter.

Le projet CleanSpace One a été conçu en collaboration avec l’université de Bern, la HES-SO et la NTB. Le satellite sera équipé d’un système de rendez-vous « non coopératif » (la cible visée ne participe pas à la manœuvre et sa rotation peut être erratique) et d’un système de capture. Pour le premier il a fallu adapter/développer les technologies nouvelles pour détecter la cible, la rejoindre ; pour le second, les technologies nécessaires pour saisir l’objet (déploiement d’un filet en forme de cône par cinq tubes de carbone), stabiliser le couple, le désorbiter et le diriger vers l’atmosphère terrestre basse. Le choix de la propulsion est important. On parle d’électricité mais ce mode donnera-t-il toute l’agilité nécessaire ?

Comme mentionné ci-dessus, le premier désorbitage va concerner un petit satellite. Le SwissCube est par définition un cubesat, un cube de 10 cm de côté avec des antennes en plus. Les ambitions de ClearSpace sont évidemment de ne pas se contenter de ce format et d’appréhender des cibles allant jusqu’à 300 kg ce qui couvre un pourcentage important des cas à traiter. La plupart des technologies développées aujourd’hui serviront pour la suite et permettront de mieux évaluer les besoins et les possibilités effectives.

Il y a donc incontestablement du travail. Ce travail sera-t-il rémunérateur, suffisamment pour faire vivre et prospérer une société comme ClearSpace ? Évidemment les sociétés desquelles les satellites inactifs, ou leurs débris, proviennent ne vont pas se précipiter pour payer le désorbitage si elles ne l’ont pas prévu ou s’il n’a pas fonctionné. Cependant il y a plusieurs moyens de les y contraindre au-delà de la démarche polie les priant de le faire. En effet presque tous les satellites sont connus, leur nombre n’étant pas encore si extraordinairement élevé et l’histoire des lancements dans l’espace n’étant pas si longue. Le registre du SSN est une bonne base pour effectuer les démarches.

On peut ensuite s’appuyer sur les relations internationales pour demander les désorbitages et notamment sur l’United Nations Office for Outer Space Affairs qui devrait normalement pleinement collaborer en faisant appliquer ses « Lignes directrices relatives à la réduction des débris spatiaux du Comité des utilisations pacifiques de l’espace extra-atmosphérique » adoptées en 2007 par les pays membres.

La nécessité d’un service de désorbitage

Au-delà, il y a le « name-bashing » (ou la crainte qu’il se manifeste) car l’opinion publique a de nos jours une puissance redoutable. Il y a donc matière à espérer mais avant tout il faut qu’un service de désorbitage existe. ClearSpace ayant développé une technologie efficace et complexe aura une avance déterminante sur ses concurrents. Pour ce qui est du prix, ce sera comme toujours quand il s’agit d’une offre formulée sur le marché mondial, la résultante de l’offre et de la demande. Même si elle est au début non concurrencée, l’offre le deviendra vite. Il faudra donc aussi conquérir vite une bonne part de marché et donner satisfaction au client par un service efficace.

Alors, la situation est-elle grave ? Non pas encore mais elle risque fort de le devenir bientôt si les constructeurs de satellite ne prennent pas les dispositions nécessaires et si ClearSpace et ses concurrents ne parviennent pas à commercialiser leurs services. Déjà le projet Starlink devrait causer une détérioration notable. À terme les observations astronomiques risquent de souffrir de ces parasites, d’autant que leur focalisation tend à devenir de plus en plus précise, que les événements observés demandent souvent un temps long de collecte de données et que la mise en commun des ressources d’observatoires partout dans le monde (VLBI) vont demander de plus en plus un ciel clair simultanément un peu partout dans le monde (dans le domaine visible mais aussi dans le domaine des ondes radio).

Le public doit donc insister pour non seulement avoir une nuit moins polluée par les lumières domestiques et industrielles (ce qui va aussi dans le sens de l’économie de nos ressources énergétiques) mais aussi pour un espace propre et clair (clear & clean). Les bonnes habitudes doivent être prises maintenant pour que tous les nouveaux satellites lancés au-delà de 600 km d’altitude (au-dessus des « self-cleaning-orbits ») soit équipés d’un dispositif de désorbitation et que les projets aussi polluants pour la visibilité des observatoires terrestres que le projet Starlink ne se répètent pas.

Quand il s’agit de l’utilisation d’un bien commun (l’espace proche) il faut que les Hommes se soumettent à une certaine discipline. S’ils ne le font pas spontanément, une « autorité » finira bien par l’imposer (peut-être tout simplement au moyen de sociétés comme ClearSpace ?). Nous devons le faire comprendre à Elon Musk pour qu’il donne lui aussi l’exemple. Nous ne voulons pas nous couper du ciel et de notre fenêtre sur l’espace proche et lointain ; il ne le devrait pas le vouloir non plus !

NB : cet article a été soumis à la relecture de Luc Piguet et de Jean-Paul Kneib (directeur d’eSpace à l’EPFL).

Liens :

https://actu.epfl.ch/news/une-start-up-se-lance-dans-le-nettoyage-de-l-espac/

https://clearspace.today/

https://www.esa.int/Our_Activities/Space_Safety/Space_Debris

https://gsp.esa.int/article-view/-/wcl/Fd1ZihgaGrwB/10192/end-of-life-disposal-of-satellites

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronautique-cleanspace-muriel-richard-noca-nous-presente-son-satellite-nettoyer-orbite-terrestre-36845/

https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/starlink-space-debris/

https://www.iau.org/news/announcements/detail/ann19035/

https://gizmodo.com/a-history-of-garbage-in-space-1572783046

https://en.wikipedia.org/wiki/Orbital_speed

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