Les satellites en fin de vie pourraient modifier la chimie de l'atmosphère

Le panache de lithium que ces chercheurs allemands "observent" à l’aide d’un lidar est la preuve concrète des traces laissées par une pollution d’origine anthropique dans la haute atmosphère, elle-même initiée par la désorbitation programmée ou accidentelle de nos satellites artificiels. Avec l’irruption des mégaconstellations, a-t-on suffisamment pris en compte les pollutions générées dans notre haute atmosphère par ces satellites au moment de leur entrée en service mais aussi lors de leur fin de vie ?

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Ignorosphère

Dans un article pour le site The Conversation, des chercheurs australiens commentent les observations de l’équipe de Wing et pointent la difficulté à étudier la pollution à de telles hauteurs. Entre 80 et 120 km d’altitude, entre mésosphère et couche inférieure de la thermosphère, l’exploration s’avère compliquée car c’est "trop haut pour les ballons, trop bas pour les satellites et trop violent pour les avions". Et c’est dans cet endroit des moins connus de notre planète – que certains désignent par le terme d’ignorosphère – que se déploie, disent-ils, une "menace émergente".

Des millions de débris spatiaux

Le terme de pollution spatiale convoque l’image de débris spatiaux : étages entiers de fusées, satellites en fin de vie, millions de fragments de toutes tailles qui peuvent être autant de menaces pour les satellites actifs et les stations spatiales. Des collusions entre débris ont lieu en cascade et sont déjà bien réelles entre 750 et 1000 km. Ce phénomène porte le nom de syndrome de Kessler.

Conçus pour s’autodétruire dans l’atmosphère

Plus bas, en dessous de 650 km, la pression dynamique exercée par l’atmosphère résiduelle sur les satellites a le pouvoir de les freiner dans leur course et de les soumettre à nouveau à l’attraction terrestre. Ce peut être un inconvénient mais aussi un avantage. Les opérateurs de mégaconstellations utilisent ce principe de mécanique spatiale pour désorbiter leurs satellites. Les objets, une fois en fin de vie, sont conçus pour se "vaporiser" littéralement dans l’atmosphère, un principe appelé par l’astronautique Design-for Demise. ou conception pour destruction totale afin d’éviter des accidents irréparables sur Terre. Une destruction totale en théorie, car les exemples de débris retrouvés sur des terres habitées sont nombreux. Anecdote récente relatée par le magazine de vulgarisation scientifique britannique New Scientist : un rapport de SpaceX "publié en ligne en février 2025 dans une relative discrétion" détaillait comment un fragment de 2,5 kilogrammes provenant de l'un de ses satellites avait atterri dans une ferme de la province de la Saskatchewan, au Canada.

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Il n’y a pas que le syndrome de Kessler

Interrogé sur la question des pollutions spatiales, Christophe Bonnal, expert sénior pour l’Académie de l’air et de l’Espace et auteur d’un ouvrage sur les débris spatiaux, énumère les risques liés aux pollutions spatiales pour Sciences et Avenir : "Nous redoutons quatre événements quand il s’agit de débris spatiaux : le premier, c’est la réfraction lumineuse et la pollution radio-électrique des satellites qui gênent les astronomes. Le deuxième, ce sont les collisions entre débris et satellite ou entre débris et débris. Le troisième, c’est de tuer quelqu’un au sol, et le dernier, de tuer l’atmosphère !".

Une pollution méconnue dans l'atmosphère terrestre

La réentrée des objets dans l’atmosphère transforme leurs éléments en vapeurs et particules. Cette matière d’origine humaine vient s’ajouter à l’apport de substances chimiques injectées de manière naturelle dans notre atmosphère par les météoroïdes (petits morceaux d’astéroïdes) venus de l’espace. Ces matériaux industriels retombent ou stagnent dans notre atmosphère. Avec l’intensification des envois de satellites de mégaconstellations dans les décennies à venir, on peut craindre l’accroissement de cette pollution invisible. Pour une mégaconstellation comme Starlink Mk1, dans un futur proche, ce serait 16.000 réentrées par an, anticipe Christophe Bonnal. Leonard Schulz et Karl-Heinz Glassmeier, chercheurs à l’université de technologie de Brunswick et à l’Institut Max-Plank, à Göttingen en Allemagne, imaginent deux scénarios "tenant compte de grandes constellations de satellites prévues et déjà partiellement mises en place". En 2021, date de l’étude, l’apport de matières d’origine anthropique – artificielle – est de 2,8% à peine par rapport au flux naturel de météoroïdes. Cette fraction passe respectivement à près de 13 % et 40 % dans les scénarios envisagés, "l’injection anthropique de plusieurs métaux dépasse de loin celle provenant de sources naturelles", écrivent-ils.

En revenant dans l’atmosphère, un satellite perd 80% de sa masse

Lorsque l'objet spatial pénètre dans l'atmosphère à une vitesse orbitale d'environ 8 km/s, expliquent Christophe Bonnal et Antoinette Ott, ingénieure chez Maiaspace, sa température de surface augmente. Il subit une série de mécanismes d'ablation, tels que la fusion, la sublimation, l'évaporation, de l’éjection de matière. 80% de la masse de l’objet est vaporisée dans la haute atmosphère.

Des éléments chimiques en augmentation

Lors de la réentrée, les fortes températures génèrent des oxydes d’azote, les grandes vitesses, du chlore ; les éléments chimiques présents dans les alliages, tels que le cuivre, le zinc ou le titane, passent directement de l’état solide à l’état gazeux. Des métaux dits de transition comme le cuivre, le titane ou encore le niobium, cités par Schulz et Glassmeier, sont capables d’influer sur la formation des nuages et la chimie de la stratosphère. Il y a également une production de suie provenant des propergols à toutes les étapes d’un lancement, et des composants contenant du carbone lors de la réentrée. Cette suie, appelé également carbone suie ou "black carbone", a un potentiel de réchauffement supérieur au CO2 du climat. Elle est plus néfaste que les émissions de carbone suie au sol.

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Autre substance loin d’être anodine, l’alumine provenant de l’oxydation de l’aluminium est suspectée d’attaquer la couche d’ozone. Ses particules en suspension contribuent au forçage radiatif déjà enclenché par nos activités terrestres. Le métal est présent dans les alliages qui constituent les réservoirs de carburants, les structures, les pièces et le traitement de surfaces des satellites. En ne prenant en compte que les 16.000 réentrées annuelles des petits satellites Starlink Mk1 à venir pendant la décennie 2030-2040, ce serait près de 360 tonnes d’alumine d’origine anthropique par an qui retomberaient.

Cinq ans après leur premier inventaire, et dans un contexte d’expansion des mégaconstellations de satellites, L. Schulz et K-H. Glassmeier l’affinent et identifient 43 éléments réinjectés dans l’atmosphère. Les apports de matières d’origine industrielles dans l’espace sont tels qu’ils dépassent déjà les quantités projetées par les scenarii imaginés en 2021. Et parmi cette quarantaine d’éléments, certains peuvent accélérer des réactions chimiques dans l’atmosphère.

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La quarantaine de substances chimiques identifiées est loin d’être complète. Pour les deux chercheurs, il reste "des incertitudes considérables". On sait très peu de choses sur le processus d'ablation des objets qui entrent dans l’atmosphère, de même qu’on ne sait pas évaluer précisément les quantités de matières d’origine anthropique injectées dans la haute atmosphère. Quant à imaginer de dresser une liste exhaustive de ce qui retombe dans notre haute atmosphère, il faudra collecter des données plus détaillées, auprès des entreprises qui fournissent composants et matériaux et auprès de celles qui construisent et exploitent des satellites et des lanceurs.