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MRS basée dans l’espace
Les objets placés dans l’espace pour renvoyer la lumière du soleil loin de la Terre pourraient permettre de réduire le réchauffement de la surface de la planète. Cependant, pour réfléchir suffisamment la lumière du soleil et obtenir une différence significative, il faudrait disposer d’une énorme quantité de matériel dans l’espace. Les méthodes de réflexion de la lumière du soleil ou de modification du rayonnement solaire (SRM) basées dans l’espace pourraient-elles être mises au point à temps pour faire la différence?
Principaux points à retenir:
- Réfléchir 1 à 2 % de la lumière du soleil avant qu'elle n'atteigne la Terre pourrait en principe contrecarrer le réchauffement de la planète.
- Cela présente certains avantages par rapport à d'autres méthodes, car il n'est pas nécessaire d'introduire des matières dans l'atmosphère, les océans ou la biosphère.
- Cependant, la mise en place d'une solution de MRS basée dans l'espace à une échelle significative pour la protection du climat nécessiterait la mise en orbite de dizaines de millions de tonnes d'équipements, ce qui n'est pas plausible dans les décennies à venir.
Comme en témoignent tous ceux qui ont eu la chance d’assister à une éclipse solaire, les objets dans l’espace peuvent protéger la Terre de la lumière du soleil et de la chaleur qui en résulte. La MRS basée dans l’espace aurait pour but d’obtenir un effet similaire à plus grande échelle et de manière durable, mais avec beaucoup moins d’effets négatifs.
En pratique, le problème fondamental de cette idée est que la quantité de matériel nécessaire est très importante et qu’il est difficile d’acheminer des objets dans l’espace.
Transporter des millions de tonnes de matériel dans l’espace sera un véritable défi.
Imaginez mettre suffisamment d’objets entre la Terre et le Soleil pour réduire de 2 % la lumière provenant de ce dernier, ce qui produirait un refroidissement à peu près équivalent au réchauffement provoqué par un redoublement du taux de dioxyde de carbone.1 Pour ce faire, les objets mis en orbite devraient avoir une surface totale de millions de kilomètres carrés orientée vers le soleil.1
Le matériau capable de bloquer la lumière du soleil n’a pas besoin d’être très lourd. Un des premiers articles2 sur la MRS basée dans l’espace suggérait d’utiliser une fine feuille d’aluminium, qui pèse environ 10 grammes par mètre carré; des articles plus récents1,3 suggèrent des matériaux plus sophistiqués et plus légers. Un système utilisant de tels matériaux aurait malgré tout une masse totale de plusieurs dizaines de millions de tonnes. Depuis le début de l’ère spatiale, l’humanité n’a mis en orbite que quelques dizaines de milliers de tonnes d’objets. La plus grande installation spatiale actuellement en orbite est la station spatiale internationale, qui pèse 400 tonnes.
Cependant, depuis quelques années, le rythme des lancements de matériel dans l’espace augmente d’environ 43% par an. Si cette tendance se poursuit, les taux de lancement atteindront 1 million de tonnes par an vers 2050. L’analyse de rentabilité actuelle pour l’augmentation de la capacité de lancement – la création de constellations de satellites de communication – ne soutiendrait pas une telle croissance continue, mais il pourrait y avoir d’autres exigences qui la soutiendraient. Si cela s’avère être le cas, des projets spatiaux à l’échelle nécessaire pour la MRS pourraient être réalisables au cours de la seconde moitié de ce siècle.
Pour l’instant, en mettant de côté la question de savoir comment mettre en orbite un système de modification du rayonnement solaire (MRS) basé dans l’espace, quel type d’orbite serait le mieux adapté à de tels systèmes?
Choix d’orbite
La plupart des objets lancés dans l’espace finissent en orbite autour de la Terre. L’inconvénient de ces orbites pour bloquer le soleil est qu’un objet tournant autour de la Terre passe moins de la moitié de son temps entre la Terre et le soleil.4 Cela signifie que moins de la moitié de la constellation serait en train de refroidir à un moment donné, de sorte que la zone totale de blocage du soleil de la constellation doit être au moins deux fois plus grande que la zone nécessaire pour bloquer le soleil.
Plus une orbite autour de la Terre est basse, plus la fraction de l’orbite passée entre le Soleil et un point de la Terre est longue. Cela soutient l’idée d’opter pour des orbites basses. Il en va de même pour le fait qu’il est moins coûteux de placer des objets lancés depuis la Terre sur des orbites plus basses que sur des orbites plus hautes.4
Cependant, l’idée de placer des satellites d’une superficie totale atteignant des millions de kilomètres carrés en orbite terrestre basse pose de nombreux problèmes. L’atmosphère terrestre s’étend, bien que de manière ténue, dans la couche d’espace utilisée par ces satellites, ce qui exerce une traction impliquant que les satellites doivent être régulièrement propulsés à nouveau ou qu’ils peuvent retomber sur la Terre.
Éviter les collisions avec les milliers de satellites déjà sur ces orbites et les débris laissés par les missions spatiales précédentes pourrait nécessiter des manœuvres quasi constantes.4 Une superficie totale de satellites supérieure à celle de la Russie se déplaçant rapidement et en permanence dans le ciel aurait de profondes répercussions sur l’astronomie et l’esthétique.
Lagrangian points
At the L1 point, the gravitational pull of the Sun and the Earth cancel out. This produces a semi-stable orbit where reflective material for space-based SRM could be positioned.
L4
Sun
Earth
L3
L1
L2
Space-based SRM
L5
Note: not to scale
Source: NASA
Heureusement, il existe une alternative. Si une ligne droite est tracée entre la Terre et le Soleil, à environ 1 % de sa longueur, c’est-à-dire à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre, il existe ce que l’on peut appeler un point d’équilibre (techniquement appelé « libration »), où l’attraction gravitationnelle due au Soleil et celle due à la Terre sont en quelque sorte en équilibre.5
Il est possible pour les engins spatiaux d’orbiter autour de ce point de libration, appelé L1, dans un plan perpendiculaire à la ligne entre la Terre et le Soleil; vu de la Terre, un engin spatial sur l’une de ces «orbites de halo» oscille d’avant en arrière sur la face du Soleil. Plusieurs engins spatiaux qui étudient le Soleil, la Terre, et le cosmos utilisent de telles orbites de halo. Il est évident qu’elles seraient également très intéressantes pour les systèmes de MRS basés dans l’espace.
Le problème de l’utilisation de ces orbites de halo L1 est qu’elles sont beaucoup plus difficiles à atteindre depuis la Terre que les orbites terrestres basses.
C’est pourquoi de nombreux chercheurs qui ont envisagé de les utiliser pour la MRS basée dans l’espace ont plutôt pensé à lancer des écrans solaires à partir de la Lune.4
Il faut beaucoup moins d’énergie pour atteindre une orbite de halo L1 depuis la Lune que depuis la Terre. De plus, il est en principe possible de lancer des engins spatiaux depuis la Lune sans utiliser de fusées ou de carburant au moyen de catapultes électromagnétiques similaires à celles qui lancent des avions depuis les porte-avions les plus modernes. Il pourrait être plus facile d’installer des dizaines de milliers de tonnes d’équipements industriels essentiellement robotisés et télécommandés pour fabriquer et lancer des écrans solaires sur la Lune que de lancer des dizaines de millions de tonnes directement depuis la Terre.4
« Lever de Terre » – une photographie de la Terre prise en orbite lunaire par Bill Anders, membre de l’équipage de la mission Apollo 8.
Les perspectives à long terme de la MRS basée dans l’espace
Il est impossible que le monde développe une capacité de lancement d’un million de tonnes par an ou une grande base industrielle lunaire au cours des deux prochaines décennies.4 Ces éléments, qui pourraient tous deux nécessiter des investissements de l’ordre de 1 000 à 10 000 milliards de dollars,4 ne seront pas non plus développés en fonction de leur utilité pour la MRS. Si un ou plusieurs groupes de pays ayant les moyens techniques d’organiser un effort mondial en matière de MRS décidaient de le faire au cours des deux prochaines décennies, il semble certain qu’ils utiliseraient une technologie qui pourrait être mise au point plus rapidement et à un coût bien moindre.
Cela dit, la MRS basée dans l’espace présente de nombreux avantages. It has no direct chemical or physical effect on the atmosphere, the oceans, or the biosphere other than those which follow from reducing incoming sunlight (though the environmental effect of the launches necessary for any specific scheme would need consideration).1
Fait inhabituel pour une technologie de MRS, elle est également couverte par un système de gouvernance existant, le traité de 1967 sur l’espace extra-atmosphérique, qui établit des responsabilités nationales spécifiques pour toutes les activités spatiales et exige qu’elles soient menées dans l’intérêt de l’humanité tout entière.
Il convient également de garder à l’esprit que certains scénarios prévoient le déploiement des systèmes de MRS pendant des siècles.6 Si, au cours de cette période, l’humanité devait développer une infrastructure industrielle spatiale capable de mettre en place un système de MRS basé dans l’espace – ce qui est largement considéré comme possible, mais qui n’est en aucun cas certain4 – il est envisageable que ce système soit utilisé comme système de « deuxième génération » en raison de ses effets secondaires moindres sur l’environnement et, éventuellement, de la stabilité de sa gestion.
Questions ouvertes
- Quels sont les matériaux les mieux adaptés pour bloquer les rayons du soleil dans l'espace?
- Comment les utiliser - comme des milliers de milliards de petits engins spatiaux ou comme des centaines d'engins gigantesques?
- Quand la MRS basée dans l'espace pourrait-elle être réalisable en pratique?
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Notes de fin d'ouvrage
- Fuglesang C, de Herreros Miciano MG. (2021). Realistic sunshade system at L1 for global temperature control. Acta Astronautica.186:269–79. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.04.035
- Seifritz W. (1989). Mirrors to halt global warming? Nature. 340(6235):603–603. https://doi.org/10.1038/340603a0
- Angel R. (2006). Feasibility of cooling the Earth with a cloud of small spacecraft near the inner Lagrange point (L1). Proceedings of the National Academy of Sciences.103(46):17184–9. https://doi.org/10.1073/pnas.0608163103
- Baum CM, Low S, Sovacool BK. (2022). Between the sun and us: Expert perceptions on the innovation, policy, and deep uncertainties of space-based solar geoengineering. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 158:112179. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112179
- Sánchez JP, McInnes CR. (2015). Optimal Sunshade Configurations for Space-Based Geoengineering near the Sun-Earth L1 Point. PLOS ONE. 10(8):e0136648. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0136648
- Baur S, Nauels A, Nicholls Z, et al. (2023). The deployment length of solar radiation modification: an interplay of mitigation, net-negative emissions and climate uncertainty. Earth System Dynamics. 14(2):367–81. https://doi.org/10.5194/esd-14-367-2023
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