Va-t-on recycler en orbite les anciens étages de fusées ?

Est-il possible de reconditionner les étages supérieurs de fusées qui tournent au-dessus de nos têtes ? Conçue par Nanoracks, Mars Demo-1 (OMD-1) doit tester une première étape : la découpe des matériaux dans l’espace. L’expérience doit être lancée en juin 2021.

Réutiliser les étages de fusée est dans l’air du temps. On pense au Falcon 9 de Space X, dont le premier étage retourne dans l’espace, une fois remis en état. Mais est-il faisable de recycler un étage supérieur qui a servi à la mise sur orbite d’un satellite de plusieurs tonnes pour le reconditionner en station spatiale ? Environ 2 250 étages tournent en orbite et constituent une manne d’aluminium et de carbone qu’il serait intéressant de pouvoir exploiter une seconde fois. Dans le cadre de l’initiative Nextstep2 de la Nasa, la société américaine Nanoracks fait ce pari (à long terme !) avec son programme Outpost. Une idée qui rappelle celle de Werner von Braun avec le concept de « l’atelier humide ». Elle consistait à purger de son carburant un deuxième étage S-II de fusée Saturne 5, pour le reconvertir en station spatiale depuis l’espace. La Nasa préférera « l’atelier sec », plus simple à développer, car intégralement construit au sol sur la base du 3e étage SIV-B, et qui débouchera sur Skylab, la première station spatiale américaine.

L’atelier humide fut aussi envisagé pour le réservoir de la navette spatiale, mais n’a pas connu plus de succès. Mais dans l’avenir, Nanoracks entend bien concevoir de petites structures orbitales à partir d’étages usagés. En Europe, l’ESA a mandaté la société allemande Orbital Recycling afin d’étudier la réutilisation des débris orbitaux pour de futures constructions lunaires.

Manque de rentabilité

Christophe Bonnal, expert du transport spatial au Cnes. © Cnes
C. Bonnal. © Cnes

L’idée de Nanoracks est séduisante. Cependant, elle présente de sérieux inconvénients, car il faudrait acheminer séparément les éléments vitaux sans leur contenant. Pour Christophe Bonnal, expert du transport spatial au Cnes, convertir un étage supérieur de fusée est un vrai casse-tête : « Vous devez déjà commencer par réaliser un rendez-vous en orbite avec une cible qui tourne sur elle-même et qui n’est pas prévue pour cela. » De plus, un étage de fusée est par définition étanche et contient de nombreux éléments. « Après, il faut ajouter toutes les interfaces non initialement prévues, dont le “support vie” ou un port d’amarrage. Il faut supprimer les structures inutiles d’où la technique de découpe du métal en orbite sans générer de débris », poursuit-il.

Fatalement se pose la question de la rentabilité. En effet, est-il viable économiquement de transformer des débris qui ont souffert, parfois pendant plusieurs décennies, des UV et des impacts de micrométéorites ? « Nous avons étudié la question du recyclage des débris orbitaux au Cnes sans trouver d’opération potentiellement rentable », répond Christophe Bonnal. « Pour les débris en orbite terrestre basse (moins de 5 000 t), cela ne payerait pas la mission. Ils sont essentiellement en aluminium, matériau qui vaut 2 € le kilo. »

Il paraît donc plus économique de lancer un module déjà équipé. Cependant en matière de recyclage, « une première approche serait de découper un morceau de réservoir pour en faire un bouclier antimicrométéorite d’une station existante. Cela peut fonctionner, mais au prix de complexes opérations de rendez-vous et de capture », note l’expert. Le chemin à parcourir pour travailler le métal dans le vide est encore long.

Fraisage par friction

D’où la nécessité de d’abord démontrer la possibilité de réaliser des travaux dans l’espace. Ce que fera Nanoracks en juin 2021, en lançant la charge utile Mars-Demo 1 à bord d’une Falcon 9. Ce module doit effectuer un essai de découpe de métal dans le vide. Le test doit avoir lieu sur un adaptateur de charge utile ESPA. Mars Demo-1 sera activée une fois que les autres satellites embarqués auront été injectés vers leur orbite.

L’essai sera bref : moins d’une heure. « Toute l’opération sera filmée par les caméras internes. À ce jour, personne n’a encore démontré une capacité de coupe automatisée comme celle-ci en microgravité », nous indique un porte-parole de Nanoracks. Un bras articulé, fourni par Maxar, devra réaliser un fraisage par friction à haute vitesse. La coupe obtenue ne doit générer aucun débris. Il s’agira d’assurer « la découpe de 3 pièces métalliques représentatives de divers étages supérieurs de fusées, dont le Centaure 3 (fusée Atlas 5) », précise Nanoracks.

Un étage Centaure, en cours d’assemblage. © Nasa

Verra-t-on un jour des usines orbitales automatisées qui transformeront les vieilles épaves en stations spatiales ? Nanoracks n’exclut pas non plus non plus le réusinage d’anciens satellites. En fonction des résultats de Mars-Demo 1, l’entreprise prévoit déjà une deuxième démonstration. Un soudage, « ou tout autre processus métallurgique », serait envisagé lors de celle-ci, tout en tenant compte des exigences de la Nasa.

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