Alors que les fusées s'envolent presque chaque semaine, que le tourisme spatial prend de l'ampleur et que l'on prévoit de retourner sur la lune d'ici dix ans, davantage de scientifiques s'inquiètent de l'impact négatif que les gaz d'échappement chauds des fusées pourraient avoir sur l'atmosphère, du sol jusqu'aux confins de l'espace. En effet, les fusées traversent l'atmosphère pour se rendre dans l'espace depuis plus d'un demi-siècle, mais jusqu'à présent, l'effet de leurs panaches d'échappement sur l'atmosphère n'était pas une préoccupation majeure. Comme les fusées voyagent très vite, elles ne passent que quelques minutes dans l'atmosphère.De ce fait, leur impact était donc considéré comme minime. Aujourd'hui, alors que des entreprises privées telles que SpaceX d'Elon Musk, Blue Origin (Amazon) de Jeff Bezos, Virgin Galactic du milliardaire britannique Richard Branson et Rocket Lab, ainsi que des agences spatiales en Chine, au Japon, en Europe et en Russie, envoient plus de fusées dans l'espace que jamais, les scientifiques estiment qu'il est temps d'examiner l'impact à long terme de tous ces lancements sur l'atmosphère. Selon les estimations, 2021 a été une année record pour les lancements de fusées avec 160 tentatives et 146 réussites. Et là encore, il ne s'agit que d'estimations.
Les fusées utilisées pour le tourisme spatial pourraient potentiellement avoir un effet beaucoup plus important sur le climat mondial que le fonctionnement des avions traditionnels
À l'aide d'un modèle de chimie atmosphérique 3D, des chercheurs de l'University College London (UCL), du Massachusetts Institute of Technology et de l'Université de Cambridge ont examiné l'ozone stratosphérique et l'impact climatique des lancements de fusées, ainsi que les effets prévus dans le contexte de la course au tourisme spatial dans laquelle se sont lancés les milliardaires.
Les résultats ont été partagés dans leur recherche intitulée Impact of Rocket Launch and Space Debris Air Pollutant Emissions on Stratospheric Ozone and Global Climate.
L'équipe de recherche a découvert que lorsque les fusées introduisent de la suie - composée de particules de carbone noir - directement dans la haute atmosphère, leur rétention de chaleur est 500 fois supérieure au total de toutes les sources de suie des avions, ce qui entraîne un effet beaucoup plus important sur le climat.
« Les particules de suie provenant des lancements de fusées ont un effet climatique beaucoup plus important que les avions et d'autres sources terrestres, il n'est donc pas nécessaire d'avoir autant de lancements de fusées que de vols internationaux pour avoir un impact similaire », a déclaré le professeur agrégé de géographie physique à UCL Dr Eloise Marais, qui était coauteur de l'étude.
Actuellement, la perte totale d'ozone due aux fusées est assez mineure, mais la croissance projetée du tourisme spatial montre la possibilité que la couche d'ozone stratosphérique supérieure puisse s'appauvrir davantage au printemps dans l'Arctique, car les contaminants des engins spatiaux et le réchauffement causé par la rentrée des fusées sont particulièrement dommageables pour la couche d'ozone stratosphérique, selon le communiqué de presse de l'UCL.
Pour les besoins de calculs, des détails sur les produits chimiques des 103 lancements de fusées dans le monde en 2019 ont été rassemblés par l'équipe de recherche, ainsi que des données de rentrée de déchets spatiaux et de fusées réutilisables. Des expositions de Blue Origin, SpaceX et Virgin Galactic ont également été utilisées, et les chercheurs ont créé un scénario futur d'une industrie du tourisme spatial robuste.
« Un examen détaillé de l'impact des lancements spatiaux modernes sur l'atmosphère terrestre est crucial, compte tenu de l'essor des investissements dans l'industrie spatiale et de l'ère prévue du tourisme spatial. Nous développons des inventaires d'émissions de polluants atmosphériques pour les lancements de fusées et la rentrée de composants et de débris réutilisables en 2019 et pour un scénario de tourisme spatial spéculatif basé sur la récente course à l'espace milliardaire. Nous l'incluons dans le modèle global GEOS-Chem couplé à un modèle de transfert radiatif pour déterminer l'influence sur l'ozone stratosphérique (O3) et le climat. En raison de la récente augmentation des débris réintroduits et des composants réutilisables, les oxydes d'azote provenant du chauffage de rentrée et le chlore des combustibles solides contribuent de manière égale à l'ensemble de l'épuisement stratosphérique d'O3 par les fusées contemporaines ».
L'équipe a découvert qu'après seulement trois ans de lancements de fusées de tourisme spatial, le réchauffement causé par les émissions supplémentaires était plus de deux fois supérieur à celui des fusées actuelles. Cela est dû aux carburants hybrides en caoutchouc synthétique utilisés par Virgin Galactic et au kérosène utilisé par SpaceX.
« Ces résultats démontrent un besoin urgent de développer une réglementation environnementale pour atténuer les dommages causés par cette industrie en croissance rapide », ont écrit les chercheurs.
Les chercheurs ont également découvert que l'effet sur la couche d'ozone stratosphérique des lancements réguliers de fusées quotidiens ou hebdomadaires associés au tourisme spatial pourrait compromettre la reprise résultant de la mise en œuvre du Protocole de Montréal - une interdiction de 1987 sur les substances appauvrissant la couche d'ozone, a déclaré la presse de l'UCL.
« La seule partie de l'atmosphère montrant une forte récupération d'ozone après le Protocole de Montréal est la stratosphère supérieure, et c'est exactement là que l'impact des émissions de fusées frappera le plus durement. Nous ne nous attendions pas à voir des changements d'ozone de cette ampleur », a déclaré le Dr Robert Ryan, chercheur au département de géographie de l'UCL, co-auteur de l'étude, comme l'indique le communiqué de presse. « Cette étude nous permet d'entrer dans la nouvelle ère du tourisme spatial avec les yeux grands ouverts sur les impacts potentiels. La conversation sur la réglementation de l'impact environnemental de l'industrie des lancements spatiaux doit commencer maintenant afin que nous puissions minimiser les dommages à la couche d'ozone stratosphérique et au climat ».
Une autre étude avait déjà tiré la sonnette d'alarme
En mai, les résultats de l'étude intitulée « La pollution atmosphérique des fusées » ont été publiés. Elle a été menée par des scientifiques de l'université de Nicosie, à Chypre, Ioannis Kokkinakis et Dimitris Drikakis. Ils ont modélisé les effets des produits chimiques et de la chaleur dégagés par les échappements des fusées jusqu'à une altitude de 67 kilomètres. Les chercheurs ont déclaré qu'ils ont constaté qu'il y avait des effets importants sur le climat de la Terre. Ils ont comparé ces résultats à certaines données de l'Organisation mondiale de la santé (OMS).
La fusée utilisée pour le modèle était la fusée réutilisable Falcon 9 de SpaceX, qui effectue régulièrement des voyages dans l'espace pour livrer des satellites en orbite, ainsi que pour transporter des marchandises et des équipages vers la Station spatiale internationale. Il ne s'agit pas de la plus grande ni de la plus petite fusée, ce qui en fait un bon exemple moyen de vol de fusée. Il ne faut que huit minutes environ aux fusées pour se mettre en orbite après un départ arrêté. En fait, l'une des raisons pour lesquelles elles s'élèvent directement de la rampe de lancement est de traverser l'air aussi vite que possible pour réduire la traînée.
Mais pendant ce court laps de temps, ils brûlent des tonnes de carburant. Les neuf moteurs de la Falcon 9 brûlent du carburant RP-1, qui est une version raffinée du kérosène semblable au kérosène. Comme il s'agit d'un combustible fossile, il produit du dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre, dans ses gaz d'échappement. Les chercheurs ont constaté que la quantité de dioxyde de carbone émise lorsque la fusée monte d'un kilomètre dans la mésosphère est équivalente à celle contenue dans 26 kilomètres cubes d'air ambiant à cette même altitude.
Un autre aspect du vol d'une fusée est l'effet de la chaleur et de la pression du panache d'échappement sur l'air environnant. Les chercheurs ont constaté que cela peut chauffer directement l'atmosphère, éventuellement affecter l'ozone, et produire des oxydes d'azote, des polluants nocifs pour la santé humaine. Actuellement, ces oxydes d'azote gazeux créés sous des températures élevées à des altitudes plus basses sont emportés par les vents en altitude, de sorte que les impacts sont temporaires à des altitudes plus élevées. Mais les scientifiques craignent que l'augmentation prévue des voyages en fusée à l'avenir n'ait un effet cumulatif.
Ces résultats suggèrent qu'il est nécessaire d'étudier davantage la réaction de l'atmosphère à toutes les altitudes et de prendre en compte la conception future des moteurs de fusées et des carburants de remplacement afin de minimiser leur impact. Selon les auteurs de l'étude, l'un des changements possibles consiste à utiliser de l'hydrogène liquide au lieu du kérosène afin d'éliminer les émissions de carbone, bien que cette solution comporte son propre lot de difficultés, car le carburant est très froid et difficile à manipuler.
Mais les chercheurs rappellent que les fusées du passé, comme les moteurs principaux des navettes spatiales et les étages supérieurs des fusées lunaires Saturn V, utilisaient ce combustible avec beaucoup de succès. « Depuis des décennies, les fusées transportent des personnes et des marchandises hors de la planète ; il est maintenant temps de réfléchir à ce qu'elles laissent derrière elles », ont conclu les chercheurs.
Source : rapport de l'étude
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