Depuis 2019 et son premier lancement de satellites, SpaceX a mis en orbite près de 6 000 satellites pour créer sa constellation Starlink fournissant un accès à Internet. Rappelons qu'il y a actuellement 8 100 objets en orbite basse autour de la Terre. Les satellites de Starlink en représentent donc une proportion très importante.

Et l'entreprise prévoit de doubler ce chiffre dès 2025 et espère atteindre les 42 000 à terme. C'est sans compter les satellites des autres fournisseurs d'accès comme OneWeb, Kuiper d‘Amazon et IRIS² de l’Europe lancés, eux aussi, dans la course.

La pollution lumineuse de ces constellations est déjà bien établie. Les agences spatiales ont aussi signalé qu'elles augmenteraient significativement les débris orbitaux. Mais elles pourraient avoir d'autres répercussions encore plus problématiques pour l'environnement. Notamment sur la couche d'ozone dont le trou se referme pourtant petit à petit depuis quelques années grâce à des efforts importants – voir le rapport (pdf) de l'Organisation météorologique mondiale publié en 2022.

• La pollution lumineuse augmente rapidement
• Débris orbitaux : l’ESA augmente ses exigences

La combustion de la structure en aluminium, un véritable danger

Des chercheurs de Vancouver avaient déjà expliqué en 2021 que « les rentrées [dans l'atmosphère terrestre] de satellites de la méga-constellation Starlink pourraient à elles seules déposer plus d'aluminium dans la haute atmosphère terrestre que les météoroïdes ; elles pourraient donc devenir la principale source d'alumine en haute altitude ». Rappelons que les satellites en orbite basse ont une durée de vie de cinq ans. Après cette période, ils sont désorbités et sont détruits au contact de l'atmosphère.

Dans la vidéo ci-dessous, on peut observer la simulation de la combustion d'un mécanisme d'entrainement des panneaux solaires d'un satellite lors d'une rentrée dans l'atmosphère :

L'alumine, ou oxyde d'aluminium, est connu pour attaquer la couche d'ozone. Ce composé chimique se forme quand l'aluminium de l'objet qui était en orbite rentre en contact avec de l'oxygène. Les liaisons entre atomes d'aluminium sont cassées par l'impact des molécules d'oxygène. Des atomes d'aluminium se lient avec des atomes d'oxygène pour former de l'oxyde d'aluminium.

Une nouvelle étude publiée la semaine dernière par des chercheurs du département d'ingénierie aéronautique de l'université de Californie du Sud dans la revue scientifique Geophysical Research Letters confirme cette hypothèse. Ils ont précisément modélisé la décomposition de l'aluminium à haute température pendant l'entrée d'un satellite qui était en orbite basse.

30 kg d'alumine pour la destruction d'un satellite

Un satellite de ce genre pèse 250 kg, avec une structure composée globalement que d'alliages d'aluminium qui représente 30 % de la masse totale. Les chercheurs ont étudié le scénario le plus défavorable de la combustion d'un satellite, car les satellites en orbite basse retournent dans l'atmosphère à une température très élevée : 2 200 K (environ 1 926 °C), pendant 90 secondes à altitude constante de 86 km. Mais ce scénario est étayé par les observations de la combustion du véhicule automatique de transfert européen Jules Verne (Jules Verne ATV).

Dans leur simulation de dynamique moléculaire, les échantillons d'aluminium et d'oxygène sont chauffés progressivement de 100 à 2 200 K. La collision est produite ensuite à une vitesse de 2 km/s (7 200 km/h). Ils ont ensuite extrapolé leurs résultats à l'échelle atomique à un scénario macroscopique pour un satellite. Résultat, ils en déduisent que 30 kg d'alumine sont produits lors de la combustion d'un satellite de 250 kg.

Augmentation de 30 % dans l'atmosphère pour 2022

Ils ont ensuite calculé que la destruction de l'ensemble des satellites désorbités en 2022 a fait augmenter de près de 30 % l'aluminium dans l'atmosphère, créant 17 tonnes d'alumine. Les chercheurs pointent qu'avec ces résultats, une fois les constellations finalisées, la désorbitation régulière de leurs satellites créera 360 tonnes d'alumine par an et « le taux d'excès d'aluminium au sommet de la mésosphère pourrait atteindre un excès annuel de plus de 640 % par rapport aux niveaux naturels ».

L'oxyde d'aluminium déclenche (par catalyse) une réaction chimique entre le chlore et l'ozone détruisant ce dernier. Mais l'alumine non détruite lors de cette réaction, pourra continuer de déclencher d'autres réactions. Donc plus on ajoute d'oxyde d'aluminium, plus la couche va s'amoindrir. La destruction catalytique du chlore est une des causes principales de l'appauvrissement de la couche d'ozone.