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Émission du 5 avril 2019 : Les satellites

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Aujourd’hui, nous allons essayer de comprendre les lois de l’astronomie. Une question me travaille : pourquoi le Lune, soumise à l’attraction terrestre, ne tombe-t-elle pas sur la Terre ?

Parce qu’elle tourne à la bonne vitesse ! Tous les satellites de la Terre, qu’ils soient naturels comme la Lune ou artificiels comme les 2 600 satellites qui gravitent actuellement autour de notre planète, sont en équilibre sous l’action de deux forces qui se compensent exactement : la force gravitationnelle exercée par la Terre, dirigée verticalement vers son centre et qui tend à les faire chuter, et la force centrifuge due au mouvement circulaire, également verticale mais dirigée vers l’extérieur du virage (souvenez-vous du lave-linge dans ma chronique sur les forces d’inertie !) Une fois placés sur orbite, ces satellites tournent tous moteurs éteints, sauf de temps à autre pour contrecarrer d’éventuelles forces perturbatrices peu importantes comme les frottements de l’air ou les vents solaires. C’est toute la différence avec un avion de ligne qui, même en faisant le tour du monde, s’il coupe ses moteurs, s’écrasera illico au sol. Si sa vitesse augmentait, la force d’inertie augmenterait également et, pour une certaine vitesse, fonction du rayon de son orbite, la force gravitationnelle et la force d’inertie se compenseraient : à ce moment précis, l’avion pourrait éteindre ses moteurs sans chuter, puisqu’il serait satellisé.

Il existe donc une relation entre l’altitude de l’orbite et la période de révolution ?

Tout à fait, c’est une des trois lois de Kepler. Retenez simplement que la période de révolution autour d’un astre augmente avec l’altitude. Prenons cinq exemples dans le cas de la Terre. La satellisation la plus basse est le vol en rase-mottes, correspondant à une période de révolution de 1h 24min : si un avion de ligne réalisait le tour du monde en si peu de temps, il pourrait couper ses moteurs ! La Station spatiale internationale, située à 357 km d’altitude, accomplit sa révolution en 1h30, les 24 satellites de la constellation GPS, situés à 20 000 km d’altitude, en 12h, les satellites géostationnaires, gravitant à 36 000 km d’altitude, en 24 h, et la Lune, située à environ 400 000 km de la Terre, en 28 jours.

Qu’est-ce qu’un satellite géostationnaire ?

C’est un satellite qui, parce qu’il accomplit sa révolution autour de la Terre en 24h, est toujours positionné à la verticale du même point fixe de notre planète : c’est très utile en météorologie et pour les télétransmissions, mais envoyer un satellite si haut a un coût dissuasif. 90 % des satellites occupent donc des orbites basses, situées entre 300 et 500 km d’altitude, ce qui réduit les coûts de lancement, mais pose d’autres problèmes : à basse altitude tout d’abord, l’air est plus dense donc les frottements plus importants, ensuite, l’angle du champ de vision est plus fermé, et surtout, ces couloirs sont devenus de véritables autoroutes encombrées non seulement de satellites, mais aussi de milliers de détritus (coiffes, réservoirs, tuiles et boulons) que ceux-ci ont abandonnés, volontairement ou non. A ces vitesses, la collision avec l’un de ces objets volants identifiés cause de terribles dégâts sur les satellites, compromettant leur mission, si bien que les aiguilleurs de l’espace de la Nasa déploient des énergies considérables pour les localiser en temps réel et développer des stratégies d’évitement d’obstacles.

Pourquoi les occupants de la Station spatiale internationale flottent-ils : ne sont-ils plus soumis à la pesanteur ?

Si bien sûr, car celle-ci se fait ressentir en tout point de l’Univers. Cette absence apparente de pesanteur se manifeste dès qu’un corps est en orbite, puisque la force gravitationnelle est compensée par la force centrifuge, mais également dans la centrifugeuse qui permet aux astronautes de s’entraîner au sol, ou encore à bord de l’avion « zéro G » qui coupe momentanément ses réacteurs pour simuler une chute libre. Je terminerai en évoquant les atouts de notre base de lancement de Kourou en Guyane. Elle est idéalement située pour au moins trois raisons : proche de l’Equateur, elle permet de bénéficier au maximum de la vitesse de rotation de la Terre, environ 500 m/s sous cette latitude, et favorise les lancements de satellites géostationnaires dont la trajectoire doit impérativement être dans le plan équatorial ; proche de l’océan, elle facilite la récupération des fusées à poudre réutilisables ; et située sous un climat ensoleillé, elle autorise un suivi visuel que la détection radar ne peut totalement remplacer.

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