Syndrome de Kessler

Le syndrome de Kessler est un exemple de réaction en chaîne. Les vitesses relatives des objets en orbite peuvent dépasser 10 km/s. Tout impact à de telles vitesses entre deux objets de taille appréciable (quelques centimètres ou décimètres) crée un nuage de débris spatiaux aux trajectoires aléatoires, dispersant l'énergie cinétique de la collision, qui sont autant de projectiles susceptibles de provoquer d'autres collisions. Lors d'une collision majeure mettant en cause un engin spatial de taille notable comme la station spatiale internationale (ISS), la quantité de débris pourrait déclencher de nouvelles collisions en cascade rendant l'orbite basse impraticable.

Donald J. Kessler est un scientifique de la NASA qui utilise dans les années 1970 un modèle d'évolution de la ceinture d'astéroïdes pour déterminer le comportement futur des débris spatiaux, recensés dans la base tenue par le NORAD. En 1978, il démontre que ce modèle était applicable aux débris spatiaux et que des collisions en chaîne étaient susceptibles de se produire sur l'orbite terrestre basse d'ici quelques décennies^[2],[3].

En 1991, Kessler publie un nouvel article qui exploite les éléments fournis par une étude effectuée par l'armée de l'air américaine sur les conséquences d'une collision entre un débris spatial et un satellite ou un autre débris spatial^[4]. Il conclut qu'au-delà d'un certain seuil de densité des débris spatiaux présents sur l'orbite basse, le nettoyage de celle-ci par le freinage induit par l'atmosphère résiduelle ne serait plus suffisant, ce qui entrainerait une augmentation du nombre de débris et aboutirait à une réaction en chaîne. Les collisions successives réduiraient tous les engins spatiaux présents sur cette orbite à des débris de quelques centimètres de diamètre et rendrait toute activité spatiale future dangereuse^[5]. Ce processus reçoit à cette époque le nom de « syndrome de Kessler »^[3].

En 2009, Kessler indique qu'une activité spatiale sauvage, développée sans que des garde-fous soient préalablement mis en place, pourrait accélérer le déclenchement de collisions en chaîne et rendre l'espace très dangereux pour les futurs engins spatiaux. Il cite, parmi les activités spatiales les plus dangereuses, le déploiement de constellations de satellites de grande taille (envisagées au milieu des années 1980 dans le cadre du programme Initiative de défense stratégique), le déploiement de structures de grande taille comme des stations de production d'énergie solaire et les tests anti-satellites^[3].

Sur l'orbite basse (200 à 600 km), où la densité des débris spatiaux générés est la plus élevée (occupée par nombre de satellites et des étages supérieurs de fusée), l'atmosphère résiduelle freine les débris et provoque une rentrée relativement rapide dans l'atmosphère. Aussi les orbites les plus denses en débris spatiaux sont-elles comprises entre 800 et 1 200 km^[6]. Or, la probabilité de collision est directement liée au nombre de satellites circulant sur une orbite donnée et ce nombre est en très forte croissance à une altitude comprise entre 300 à 600 km, du fait du déploiement des constellations de satellites de télécommunications, qui à terme pourront compter plusieurs dizaines de milliers de satellites.

Différentes mesures sont prises pour tenter de réduire le risque de collision. L'United States Strategic Command (STRATCOM) tient à jour un catalogue répertoriant les orbites d'environ 15 000 objets^[7] (de plus de 10 cm en orbite basse et de plus d'1 m en orbite géostationnaire). Il est mis à disposition des opérateurs de satellites pour leur permettre de modifier les orbites de leurs satellites en cas de risque de collision. Cependant, un très grand nombre de débris spatiaux, plus petits mais susceptibles de provoquer des dégâts importants, ne sont pas répertoriés car ils ne peuvent être suivis par les moyens d'observation (télescope et radar).

Des réglementations ont été progressivement mises en place au niveau national et international pour limiter la production de nouveaux débris : nécessité de conserver suffisamment d'ergols pour abaisser l'orbite des satellites en fin de vie et ainsi accélérer la rentrée atmosphérique, obligation pour les étages supérieurs de fusée de conserver suffisamment d'ergols pour effectuer une manœuvre aboutissant à leur rentrée dans l'atmosphère, limitation du nombre de pièces larguées lors des opérations de déploiement des satellites.

L'Agence spatiale européenne (ESA) propose depuis octobre 2025 un « index de santé de l'environnement spatial orbital », construit sur la base d'une évaluation des risques de chaque mission spatiale en termes de débris générés. La consolidation en un index et la projection à travers une modélisation permettent d'envisager l'évolution de l'encombrement de l'espace et des risques de collision^[8].