Un débris spatial observé pour la première fois de jour

Dans l’après-midi du 10 février 2009, à environ 800 km au-dessus de la Sibérie, le satellite de téléphonie en activité Iridium 33 a heurté l’ancien satellite de télécommunication Cosmos 2251. La collision s’est produite à une vitesse de 11,7 km/s et a provoqué un nuage de débris composé de plus de 2000 fragments de plus de 10 cm. En l’espace de quelques mois, ces débris se sont disséminés sur une grande région orbitale et menacent depuis lors de heurter d’autres satellites opérationnels. Cet accident a été un signal d’alarme pour tous les opérateurs de satellites, mais aussi pour les milieux politiques. « La problématique de ce que l’on appelle les débris spatiaux (anciens objets artificiels polluant l’espace) prend une toute autre dimension », affirme le professeur Thomas Schildknecht, Directeur de l’observatoire de Zimmerwald et Vice-directeur de l’Institut d’astronomie de l’Université de Berne.

L’espace proche de la Terre au bord de la saturation

À l’heure actuelle, dans certaines régions, le risque de collision est déjà tellement élevé qu’il est nécessaire de faire effectuer des manœuvres d’évitement aux satellites opérationnels pour esquiver les débris spatiaux. Chaque année, sur l’ensemble de sa flotte, l’Agence spatiale européenne ESA traite des milliers de messages d’alerte par satellite et procède à des douzaines de manœuvres. La plupart du temps, les satellites risquent de heurter l’un des quelques 20’000 débris spatiaux (en anglais « space debris ») connus à ce jour. « Malheureusement, nous ne savons que peu de choses sur les orbites de ces anciens satellites, étages supérieurs de lanceurs ou fragments causés par des collisions ou des explosions, soit quelques centaines de mètres », explique Thomas Schildknecht. Par conséquent, il est souvent impossible de savoir si une manœuvre d’évitement, une opération onéreuse, est vraiment nécessaire et si elle réduit véritablement le risque de collision.

Définir des orbites plus précises grâce aux mesures laser

La mesure des distances de ces objets à l’aide de la méthode « Satellite Laser Ranging » (télémétrie laser sur satellites) est une technologie efficace permettant de déterminer les orbites de manière plus précise avec une marge de quelques mètres. « À l’Observatoire de Zimmerwald, nous utilisons cette technique depuis des années afin de réaliser des mesures sur les objets équipés de rétro-réflecteurs lasers spécifiques. Jusqu’à présent, seule une poignée d’observatoires dans le monde ont réussi à déterminer des distances de débris spatiaux à l’aide de lasers spéciaux ultra puissants », précise-t-il. En outre, jusqu’à maintenant, ces mesures ne pouvaient être effectuées que la nuit pour des raisons techniques.

Une avancée décisive – les observations de jour à l’aide du laser géodésique

Première mondiale : le 24 juin 2020, des chercheur·euse·s de l’Université de Berne ont réussi à procéder à des observations de débris spatiaux en plein jour à l’aide d’un laser géodésique du Swiss Optical Ground Station and Geodynamics Observatory de Zimmerwald. En terme d’ordre de grandeur, les systèmes laser géodésiques sont moins puissants que les lasers ultra spécialisés. En outre, la reconnaissance des photons laser reflétés de manière diffuse par les débris spatiaux dans le flux de photons de fond du ciel clair en journée constitue un véritable défi. Le succès de l’Observatoire de Zimmerwald n’a été rendu possible que grâce à l’association du suivi actif du débris spatial à l’aide d’une caméra CMOS scientifique ultra-sensible, du traitement en temps réel des images et d’un filtre numérique en temps réel permettant de reconnaître les photons reflétés par l’objet.

À ce sujet, Thomas Schildknecht observe en outre : « La possibilité d’effectuer des observations de jour permet de multiplier le nombre de mesures. Il existe tout un réseau de stations équipées de lasers géodésiques qui pourraient à l’avenir participer à la création d’un catalogue répertoriant les orbites des débris spatiaux de manière ultra précise. À l’avenir, déterminer des orbites précises sera le B-A BA pour éviter les collisions et améliorer la sécurité et la durabilité dans l’espace. »