La société américaine Dish Network, un opérateur satellitaire de télévision, a été condamnée à 150 000 dollars d’amende. Son délit ? Ne pas avoir désorbité correctement l’un de ses satellites et ne pas l’avoir placé sur une « orbite cimetière », loin des autres engins encore actifs. Cette amende, la première du genre, infligée en octobre dernier, illustre à quel point la question des débris spatiaux est devenue sensible. Et pour cause : le nombre de satellites déployés chaque année n’a jamais été aussi élevé, et l’augmentation de la quantité de débris en orbite basse (LEO, pour low earth orbit), à moins de 2 000 km d’altitude, est exponentielle.
Des initiatives ont été lancées pour réduire la production de débris, mais leur portée reste incertaine. Le risque de collision pour les satellites en activité, déjà réel, devrait devenir majeur dans un avenir proche. L’enjeu principal pour les opérateurs de satellites est donc de détecter les débris pour les éviter. Or les agences étatiques sur lesquelles ils s’appuient généralement disposent de capacités de détection orientées vers la défense et inadaptées aux débris. Et elles n’offrent aucune solution d’évitement.
Un boulevard pour les start-up. « Nous générons beaucoup plus de données que la Nasa, affirme Alan DeClerck, le vice-président de LeoLabs, une société américaine spécialisée dans l’identification des débris spatiaux. Nous avons notre propre réseau de radars, et lorsqu’un opérateur s’abonne à notre service, c’est pour avoir un suivi personnalisé de ses appareils. » LeoLabs propose à chaque client un système d’alerte en cas de risque et des propositions de manœuvre pour éviter les collisions. Pour suivre une grande quantité d’objets en LEO, il utilise un réseau dédié de radars répartis dans le monde, capable de localiser précisément les objets mais aussi de détecter ceux de très petite taille. Un point clé, car même les débris de quelques centimètres peuvent causer des dégâts s’ils voyagent à 28 000 km/h.
LeoLabs, le leader américain
- Création : 2016, en Californie
- Mode de détection : 10 radars dispersés sur la planète
Dominant le marché mondial, LeoLabs affirme détecter des objets jusqu’à 2 cm, de jour comme de nuit, et travaille avec des industriels et des agences spatiales. Il a levé 65 millions de dollars en 2021.
Share my Space, le challenger français
- Création : 2017, à Toulouse
- Mode de détection : 4 stations d’observation constituées de télescopes rotatifs
Le français mise sur l’optique pour détecter des objets (jusqu’à un peu moins de 10 cm), y compris en orbite géostationnaire, où les radars sont aveugles. Il revendique 12 millions d’euros de chiffre d’affaires et compte sur le programme France 2030.
GuardianSat, l’outsider embarqué
- Création : 2020, dans le Delaware
- Mode de détection : Dispositif placé directement sur le satellite
L’américain veut détecter les débris spatiaux directement depuis les satellites et manœuvrer en temps réel, automatiquement, en cas de risque. L’entreprise a signé un contrat à 273 000 dollars en octobre 2023 pour développer sa technologie encore balbutiante.
Chaque entreprise a ses petits secrets de fabrication, mais les radars dédiés aux débris sont généralement en bande S, soit une longueur d’onde assez courte, entre 7,5 et 15 cm. « Il faut trouver un équilibre, précise Juan Carlos Dolado, le cofondateur de Look Up Space, une start-up française dédiée à la traque des débris. Pouvoir trouver des petits objets, mais sans être gêné par les perturbations atmosphériques qui influent sur les ondes émises par le radar. »
Jouer sur l’architecture du radar
Pour trouver des débris encore plus petits, jusqu’à 2 cm selon LeoLabs, les constructeurs peuvent jouer sur l’architecture du radar. Par exemple, deux antennes peuvent ajouter de la précision, si l’une sert uniquement d’émetteur et l’autre de récepteur. Les radars à émissions pulsées sont utiles pour déterminer précisément l’altitude et la taille de leur cible, mais une émission continue aidera à calculer la vitesse. La largeur de bande, également, peut aider à recevoir davantage de données avec une seule pulsation… Encore faut-il que l’antenne réceptrice ait la capacité de stocker et de traiter toutes ces données. Sans compter que tout cela est extrêmement énergivore.
Look Up Space Look Up Space développe le projet Sorasys, un système de surveillance distribué, pour détecter les débris spatiaux de plus de 3 cm en orbite basse. (Illustration : Look Up Space)
C’est pourquoi d’autres entreprises utilisent plutôt des télescopes optiques pour voir directement les objets. C’est le cas du français Share My Space. Grâce à quatre stations constituées chacune de quatre télescopes tournants afin d’observer une plus large fraction du ciel, la start-up espère fournir une couverture similaire à celle de ses concurrents. « Nous avons nos propres données que nous fusionnons à celles de nos partenaires, comme le Cnes ou les catalogues de l’US Space Force, détaille la responsable des relations publiques, Saloua Moutaoufik. Les télescopes nous permettent de voir ce que les radars ne peuvent pas détecter. » Parmi les avantages : une consommation énergétique moindre et la possibilité d’aller voir en orbite géostationnaire (GEO, pour geostationary orbit), à 36 000 km d’altitude, au-delà de la portée des radars. « En revanche, il faut un sacré réseau pour être vraiment efficace, reconnaît Saloua Moutaoufik, car chaque télescope, indépendamment, n’a pas une vue très large sur le ciel. » Sans oublier le fait que les télescopes ne peuvent être utilisés que la nuit, et par temps dégagé.
Des détecteurs sur les satellites
Face à ces limites, la tentation est grande de changer de point de vue. C’est le pari de l’américain GuardianSat, qui a remporté un contrat de 273 000 dollars en octobre 2023 pour installer des systèmes de détection directement sur les satellites. « Les radars et les télescopes laissent beaucoup de zones blanches, assure Huey Wyche, le responsable de la recherche. Nous pensons que nos détecteurs pourront fournir une information plus précise, en temps réel. » Ces informations seront combinées par GuardianSat avec celles issues des stations au sol des agences spatiales. L’américain prévoit de réaliser une analyse automatisée de toutes ces informations pour indiquer au besoin au satellite comment éviter la collision avant de revenir à sa trajectoire initiale.
Pour encore plus de sécurité et parer à une forte population de débris, GuardianSat vise le déploiement d’une constellation de satellites dédiés à la détection apportant toujours plus d’informations. « Nous avons encore beaucoup de recherches à mener, nuance Huey Wyche. Il faut une détection longtemps à l’avance pour pouvoir réagir, mais également des algorithmes robustes pour se passer d’une intervention humaine. Mais c’est le prix à payer pour faire de l’espace un endroit sécurisé et surveillé. »
L’automatisation est de manière générale un impératif pour relever le défi des débris. Car même si de meilleurs radars ou télescopes arrivaient à détecter ceux de moins de 2 cm, il faudrait savoir réagir rapidement en cas d’alerte. « À l’heure actuelle, cela n’existe pas de façon opérationnelle, reconnaît Pierre Omaly, expert sécurité des vols spatiaux au Cnes. Il existe des recherches, des tests, mais ce n’est pas encore au point.»
La menace Starlink
Avec près de 5 000 appareils en activité aujourd’hui pour diffuser l’internet à haut débit, 12 000 prévus d’ici à cinq ans et jusqu’à 42 000 une dizaine d’années plus tard, la constellation Starlink de SpaceX est en train de coloniser l’orbite basse. Autant d’engins représentent une augmentation considérable du risque de collision et inquiètent le secteur. La menace est d’ailleurs prise au sérieux par SpaceX lui-même : ses satellites auraient effectué plus de 25 000 manœuvres d’évitement entre décembre 2022 et mai 2023. Un chiffre élevé correspondant à un seuil de risque bien inférieur à celui fixé par la plupart des opérateurs, selon l’entreprise d’Elon Musk. Pour maintenir ce rythme, celle-ci possède un système d’évitement automatique qui dicte les manœuvres aux appareils. Mais cet algorithme est-il assez fiable si le nombre de satellites continue d’exploser ? Plusieurs chercheurs n’en sont pas convaincus et craignent des catastrophes en cascade si la constellation se déploie comme prévu.
Des algorithmes très complexes
LeoLabs, Look up Space et d’autres utilisent aussi leurs propres algorithmes, dont les détails sont confidentiels, mais ne peuvent complètement se passer d’une vérification humaine car les calculs sont très complexes. Les algorithmes doivent identifier les objets, prévoir leur trajectoire sur les prochaines heures, voire sur les prochains jours. Ensuite, il faut réitérer les calculs à chaque fois que l’objet est aperçu de nouveau, ce qui se produit parfois toutes les 90 minutes. Il faut en outre inclure dans les calculs toutes les subtilités de la mécanique orbitale, ainsi que chaque nouveau satellite entrant en orbite…
« C’est un marché qui a de beaux jours devant lui, conclut Gabriel Deville, consultant au cabinet Euroconsult. Il y a encore beaucoup de progrès à faire, mais les recherches sont nombreuses. » Un constat partagé par Juan Carlos Dolado : « Les régulateurs veulent que les opérateurs aient l’obligation de s’appuyer sur un système permettant de protéger leurs satellites des risques de collision. Les débris spatiaux sont au centre des discussions dans tous les forums aujourd’hui, alors que c’était un non-sujet il y a encore quinze ans. C’est la preuve qu’on a besoin d’acteurs comme nous. »
Quentin Verspieren, coordinateur de l’accélérateur Protect à l’ESA : « L’ESA s’engage à atteindre le zéro débris d’ici à 2030 »
En quoi consiste la charte « zéro débris » présentée par l’Agence spatiale européenne en novembre dernier ?
C’est le premier texte de ce genre au monde. L’ESA s’engage à atteindre le zéro débris d’ici à 2030. Sa feuille de route implique un renforcement des normes applicables, mais aussi des recherches. Les satellites lancés doivent avoir une technologie vertueuse avec une désorbitation rapide et un suivi de la part des opérateurs. Nous nous engageons aussi à développer de nouvelles technologies pour éliminer des satellites en fin de vie, entretenir les appareils en activité et éliminer des débris. L’ESA portait déjà ces ambitions, mais nous les renforçons et espérons surtout encourager les autres acteurs du secteur à faire de même.
Quel rôle peut jouer l’Europe ? D’autres puissances produisent plus de débris et des entreprises lancent bien plus de satellites…
L’Europe doit servir d’exemple. Bien sûr, si nous sommes seuls, ça ne suffira pas. Les comportements peu vertueux ruinent l’espace dans des proportions bien plus grandes que ce que nous pouvons gérer. C’est pourquoi cette charte n’est pas estampillée « ESA », ni même « européenne ». Nous avons inclus des acteurs du monde entier et nous voulons montrer qu’atteindre cet objectif est possible, mais aussi rentable. L’idée reçue selon laquelle une technologie vertueuse est moins compétitive est fausse. Des pays comme les États-Unis ou le Japon renforcent aussi leur réglementation. Il y a des règles et des amendes. Cyniquement, il devient même plus rentable d’être dans une démarche plus responsable.
Même avec des progrès, est-ce soutenable de poursuivre le développement du spatial en orbite basse à ce rythme ?
L’espace est essentiel aujourd’hui, nous en dépendons pour nos communications, mais aussi pour comprendre notre planète. Nous devons faire en sorte que le spatial ne soit pas une partie du problème et préserver l’environnement. C’est une question de responsabilité, un enjeu moral.
