Un système de propulsion amélioré pourrait aider à éliminer les débris spatiaux sans contact

L’espace est confronté à un problème de déchets, avec des satellites hors service, des fusées et des débris plus petits qui orbitent autour de la Terre à grande vitesse. La quantité de débris spatiaux ne cesse d’augmenter, ce qui accroît le risque de collision avec des satellites et des engins spatiaux en activité, selon Kazunori Takahashi, professeur associé à l’École supérieure d’ingénierie de l’université de Tohoku au Japon. M. Takahashi pourrait toutefois avoir trouvé une solution.

« En raison de leur mouvement incontrôlé et de leur vitesse supérieure à celle des balles, les débris spatiaux en orbite autour de la Terre constituent une menace sérieuse en augmentant considérablement le risque potentiel de collision avec les satellites qui soutiennent l’activité humaine durable dans l’espace », a déclaré M. Takahashi. « La plupart des méthodes actuelles d’élimination des débris spatiaux sont des approches de contact direct et comportent le risque de s’emmêler dans le mouvement incontrôlé des débris. Des travaux plus récents se sont concentrés sur l’utilisation d’un propulseur à plasma pour ralentir les débris et les forcer à sortir de leur orbite. »

Son approche, qui a fait ses preuves lors d’expériences en laboratoire et a été publiée le 20 août 2025 dans Scientific Reports, repose sur l’idée de ralentir les débris spatiaux jusqu’à ce qu’ils sortent de leur orbite et se consument lors de leur rentrée dans l’atmosphère terrestre. Des recherches antérieures ont suggéré ce concept, mais il n’a pas encore été mis en œuvre efficacement dans la pratique.

L’idée est qu’un satellite de retrait, déployé dans le but exprès d’éliminer les débris spatiaux, pourrait utiliser un moteur de propulsion pour projeter du plasma vers un débris spatial. La force du plasma ralentirait le débris, le décélérant suffisamment pour qu’il sorte de son orbite, un processus qui prend environ 100 jours. Le problème est que la force du plasma émis par le satellite de retrait a un effet de recul important, éloignant le satellite de sa cible et réduisant l’effet de décélération.

Pour corriger cela, M. Takahashi a mis au point ce qu’il a appelé un « propulseur à plasma sans électrode à éjection bidirectionnelle ». Il s’agit d’un moteur de propulsion qui éjecte deux flux de plasma dans deux directions : l’un vers les débris spatiaux ciblés et l’autre dans la direction opposée.

« Ce moteur de propulsion applique une force de décélération à l’objet cible en éjectant du plasma, tout en évitant une poussée excessive sur lui-même en éjectant un autre panache de plasma dans la direction opposée », indique M. Takahashi, précisant qu’il a également introduit un champ magnétique spécial appelé « cusp » pour renforcer la force de décélération. Essentiellement, le cusp contient le plasma grâce à un champ magnétique, de sorte qu’il reste relativement confiné dans la direction de la poussée plutôt que de se dissiper.

Pour voir si l’éjection bidirectionnelle de plasma pouvait fonctionner comme prévu, M. Takahashi l’a testée dans des tubes à vide destinés à imiter les conditions de l’espace. Il a constaté que non seulement l’éjection bidirectionnelle de plasma équilibrait le moteur comme prévu, mais que la configuration en cusp augmentait la force de décélération, ce qui signifie que les débris spatiaux ciblés pourraient potentiellement atteindre beaucoup plus rapidement le taux de décélération nécessaire pour se désorbiter. De plus, le fait de faire fonctionner la poussée à un niveau de puissance élevé dans la configuration en cuspide a triplé la force de décélération précédemment rapportée. Il est important de noter que le système de propulsion peut fonctionner à l’argon, qui est moins cher et plus abondant que les propergols conventionnels.

« Cette réalisation représente une avancée technologique significative vers le développement d’un système de propulsion capable d’éliminer efficacement et en toute sécurité les débris spatiaux », conclut M. Takahashi.

Article : « Cusp-type bi-directional radiofrequency plasma thruster toward contactless active space debris removal » – Auteurs : Kazunori Takahashi – Journal: Scientific Reports – DOI: 10.1038/s41598-025-16449-9

Source : Tohoku U.