débris spatiaux

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Le thème général: Le thème général: L’environnement: L’environnement: victime victime du du progrès? progrès? La problématique: Dans quelle mesure les modifications de l’environnement sont-elles irréversibles?

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Page 1: Débris spatiaux

Le thème général:Le thème général:L’environnement: L’environnement:

victime victime du du progrès?progrès?

La problématique:Dans quelle mesure les

modifications de l’environnement sont-elles irréversibles?

Page 2: Débris spatiaux
Page 3: Débris spatiaux

Le sous-thème:Le sous-thème: La pollution de l’espace La pollution de l’espace

La problématique:

Comment les débris spatiaux influencent-ils l’espace destiné au

lancement des satellites?

Page 4: Débris spatiaux
Page 5: Débris spatiaux

Le planLe plan

Page 6: Débris spatiaux

Définition des débris spatiauxDéfinition des débris spatiaux

Dans le domaine de l’astronautique, un débris spatial, est l’objet résiduaire d’une mission spatiale, se trouvant sur l’orbite et ayant une taille supérieure à 10 microns.

1 micron=1µ m=10-6 m

La population en orbite autour de la Terre est composée de satellites opérationnels et de débris spatiaux.

I. Présentation générale

Page 7: Débris spatiaux

Les véhicules spatiaux opérationnels sont parfois inclus dans le terme "débris spatiaux" afin de pouvoir établir, une comparaison aisée entre l'environnement naturel constitué, entre autre, par les météorites et l'environnement artificiel, regroupant l'ensemble des objets fonctionnels ou non.

I. Présentation générale

Page 8: Débris spatiaux

Satellites géostationnairesSatellites géostationnaires

Un satellite géostationnaire est un satellite artificiel qui se trouve sur une orbite géostationnaire (orbite située à 35 786 km d'altitude au-dessus de l'équateur, dans le plan équatorial et d'une excentricité orbitale nulle).

I. Présentation générale

Page 9: Débris spatiaux

Répartition des débris spatiauxRépartition des débris spatiaux 

Depuis 1957, il y a eu plus de 4600 lancements et plus de 200 explosions en orbite  qui ont généré :     

                                                                                            13000 objets > 10 cm  (objets catalogués)  200 000 objets entre 1 et 10 cm (objets non catalogués) 35 000 000 objets entre 0.1 et 1 cm (objets non catalogués)

II. Environnement

Page 10: Débris spatiaux

La population des objets catalogués (> 10cm) en 3D. On distingue facilement l'orbite géostationnaire et les orbites basses.

1.

2.

II. Environnement

Page 11: Débris spatiaux

Moyens d'observationMoyens d'observation

Moyens Domaine de fonctionnement

Capacités

Radar sol Orbites basses  (altitudes inférieures à 2000km)

Détection d'objets de plus d'1cm à 1000 km Suivi d'objets de plus de 10 cm

Télescope sol Orbite géostationnaire  

Détection d'objets de plus de 20 cm Suivi d'objets de plus de 50 cm

Capteurs embarqués  Matériels récupérés

Fonction de l'altitude du satellite porteur Orbite très basse pour matériels  récupérés

 Détection d'objets de 1 à 10 mm

II. Environnement

Page 12: Débris spatiaux

Ces moyens au sol et en orbite permettent donc d'acquérir deux types de connaissance :

une connaissance déterministe et précise pour les objets de plus de 10 cm.

une connaissance statistique et moins fiable pour les objets de très petite taille

II. Environnement

Page 13: Débris spatiaux

Fctp = Fgrav =

Fctp = Fgrav => vs.o =

Fctp = la force centripète

Fgrav = la force gravitationnelle

MTerre = la masse de la Terre

Ms.o = la masse de la station orbitale

vs.o = la vitesse de la station orbitale

K = constante universelle

h = la hauteur

R = le rayon de la Terre

II. Environnement

R

voMs 2.

2)(

.

hR

MTerreoMsK

2)( hR

RMTerreK

Page 14: Débris spatiaux

La durée de vie des debris spatiaux

La durée de vie en orbite est limitée par la présence de l'atmosphère terrestre même ténue. L'atmosphère va ralentir les objets c'est à dire les freiner et pour ceux qui évoluent sur des orbites basses provoquer à long terme leur rentrée sur Terre.

II. Environnement

Exemple d'objets spatiaux

Orbite (altitudes périgée et apogée)

Durée de vie

Station Spatiale Internationale

400 km x 400 km entre 6 mois et 1 an

SPOT (Système Probatoire d'Observation de la Terre )

825 km x 825 km 200 ans

Objets qui se trouvent sur l’orbite de transfert géostationnaire

200 km x 36000 km environ 10 ans

Objets qui se trouvent sur l’orbite géostationnaire

36000 km x 36000 km millions d'années

Page 15: Débris spatiaux

Risques en orbite

Les conséquences d'un risque de collision en orbite d’un satellite avec des débris .

Taille des débris Caractéristiques

< 0.01cm Erosion des surfaces

Entre 0.01 et 1 cm Dommages significatifs

 Perforations

 Conséquences variables suivant

 l'équipement atteint

Entre 1 et 10 cm Dommages très importants

> 10 cm Conséquences catastrophiques pour

 un satellite

III. Risques

Page 16: Débris spatiaux

4 cas de collision avérés entre objets catalogués : 24 juillet 1996 : La première collision répertoriée a eu lieu en 1996

entre le satellite français Cerise et un débris issu d'une explosion d'un étage supérieur d'Ariane .

17 janvier 2005 : collision entre un étage lanceur américain (Thor) et un débris de lanceur chinois (CZ-4)

décembre 1991 (collision identifiée en 2005) : collision entre satellite de navigation russe (COSMOS 1991) et un débris de satellite russe (COSMOS 926)

10 février 2009 : la collision a impliqué deux satellites, dont un actif  (IRIDIUM 33), et un satellite russe inactif, mais intact (COSMOS 2251). Les débris générés par cet événement sont nombreux (de l'ordre du millier) et se situent à des altitudes très peuplées (vers 800km).

III. Risques

Page 17: Débris spatiaux

Risques au sol

Lors des rentrées atmosphériques, les objets traversent les couches de l'atmosphère. Les matériaux chauffent intensément et une grande partie est "sublimée“. Il reste parfois des éléments qui résistent à la rentrée du fait de leur forme et la nature des matériaux composants (acier, titane, composite etc.).

Il existe deux types de rentrée

atmosphérique : rentrée contrôlée et la rentrée naturelle.

III. Risques

Page 18: Débris spatiaux

III. Risques

Page 19: Débris spatiaux

Modifications irréversiblesModifications irréversibles

La composition chimique de débris spatiaux : aluminium et matériaux composites.

Les débris qui tombe sur la Terre, même si leur rentrée est contrôlée ou non, polluent aussi l’environnement naturel , car ils sont non biodégradable. La seule solution est la construction de matériaux spatiaux biodégradables .

III. Risques

Page 20: Débris spatiaux

SolutionsSolutions La protection. Des mesures de protection

des satellites peuvent être mises en oeuvre pour atténuer les effets d'un impact avec des débris : les blindages spécifiques.

L’élimination. Il s’agirait de nettoyer l'espace pour diminuer le nombre de débris, soit en les récupérant, soit en les faisant rentrer sur Terre.

La prévention. La solution la plus réaliste

est d'éviter de générer de nouveaux débris et de limiter ainsi la prolifération des débris. Il s'agit, par exemple, d'appliquer des mesures de transfert des étages supérieurs ou des satellites, de désorbiter ou ré-orbiter les satellites, afin de protéger certaines zones d'intérêt.

IV. Solutions

Page 21: Débris spatiaux

Le produit finalLe produit final

Notre produit final est une maquette basée sur l’interview avec M. Alexandru Conu, un astronome qui travaille à S.A.R.M. Nous avons pensé de parler avec M. Conu sur les thèmes suivantes:

1. Quelle modalité est utilisée pour le contrôle de débris spatiaux ?

2. Une fois tombées sur la Terre, les débris spatiaux se désintègrent par leur nature ou par l’intervention de l’homme? Par quelles méthodes?

3. On peut contrôler les collisions entre les satellites et les débris spatiaux? Comment influencent-ils? (conséquences)

4. C’est la même situation dans le cas de navettes spatiales qui traversent les régions ou se trouvent les débris spatiaux?

Page 22: Débris spatiaux
Page 23: Débris spatiaux

Groupe de travail:Groupe de travail:Cormos Andreea Moldovan AncaDumitrescu Sonia Puiu Cosmina

L’L’équipeéquipe pédagogique:pédagogique:Carmen Boteanu (prof.

Chimie)Adina Marino (prof. Français)Despina Ionescu (prof.

Français)Nicolas Chaudemanche (prof.

FLE)

Ileana Patrichi (prof. Physique)

Professeur Professeur référent:référent:

Disciplines Disciplines utilisées: utilisées: physique et chimie.

Page 24: Débris spatiaux

Bibliographie:Bibliographie: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronautique/; http://mankind-in-space.blogspot.com/; http://www.astrosurf.com/luxorion/astronautique-debris.htm; http://www.telecom-bretagne.eu/trek/eurotrek/tag/debris-spatiaux/;  Universul, Larousse, editura Rao, 1996; http://debris-spatiaux.cnes.fr/; http://jcboulay.free.fr/astro/page_debris.htm; Physique, Terme S, editura Hachette, collection Durandeau; Physics PSSC, editura Didactica si Pedagogica; Je découvre le monde. Ma première encyclopédie, editura Lito,

1994.