vignette|Trou dans le radiateur de la navette spatiale américaine Endeavour provoqué par un débris durant la mission ST-118. Le diamètre de l'orifice d'entrée est de et celui de sortie est le double.|alt=Vue rapprochée d'un impact sur un élément métallique right|thumb|Test destiné à simuler l'impact d'un débris spatial dans un véhicule en orbite au centre de recherche de la NASA.|alt=Traînée lumineuse matérialisant la trajectoire d'un projectile jusqu'à une cible. vignette|Cette série de photographies capturée grâce à une caméra rapide représente un essai d'impact d'une bille en aluminium sur une plaque elle-même en aluminium à soit . Cet essai a été réalisé par Thiot Ingénierie dans le but de simuler l'effet d'un impact de débris spatiaux sur un satellite.|alt=Séries de photographies en noir et blanc montrant la progression d'un projectile sur une plaque.
Un débris spatial, dans le domaine de l'astronautique, est un objet artificiel circulant sur une orbite terrestre, amené là dans le cadre d'une mission spatiale, et qui n'est pas ou plus utilisé. Les débris spatiaux de grande taille comprennent les étages supérieurs des lanceurs spatiaux et les satellites artificiels ayant achevé leur mission. Mais la majorité des débris spatiaux résultent de l'explosion accidentelle d'engins spatiaux ou, phénomène récent, de leur collision. La dimension de ces débris peut aller d'une fraction de millimètre à la taille d'un bus. Les débris spatiaux, dont le volume va croissant, constituent une menace grandissante pour les applications spatiales alors que celles-ci jouent désormais un rôle essentiel dans les domaines de la prévision météorologique, du positionnement et des télécommunications.
En 2022, on recense de plus de de diamètre. Parmi eux, on compte inactifs en orbite basse (moins de d'altitude), de plus de en orbite géostationnaire et, selon un modèle statistique de l'ESA de plus de et de plus de . Les débris spatiaux situés sur une orbite inférieure à sont éliminés au bout d'une vingtaine d'années car leur altitude diminue en raison de la perte de vitesse due aux frottements dans l'atmosphère résiduelle. Le nombre de débris est en augmentation constante du fait de l'activité spatiale (notamment le lancement de nano-satellites) et cette élimination naturelle intervient au bout de centaines d'années dès que leur orbite dépasse .
Ces débris constituent la manifestation la plus importante de la pollution spatiale et représentent en 2021 une menace très grave pour les engins spatiaux opérationnels en orbite basse. La vitesse moyenne de l'ordre de des objets circulant à cette altitude leur confère une énergie cinétique très élevée : l'impact sur un satellite d'un débris spatial de l'ordre du centimètre de diamètre est équivalent à celui d'une enclume en chute libre, et au-delà de cette taille la destruction de l'engin spatial est quasi assurée. Le risque associé à leur rentrée atmosphérique, lorsque le point de chute n'a pu être contrôlé, est limité et on ne compte en 2023, depuis le début de l'ère spatiale, aucune victime ni dommage substantiel lié à ce type d'événement.
Seuls les débris de plus de circulant en orbite basse peuvent être suivis systématiquement grâce à des systèmes de surveillance mettant en œuvre principalement des radars terrestres et des télescopes. Lorsque la trajectoire d'un débris spatial catalogué peut constituer une menace, les opérateurs modifient l'orbite du satellite menacé. Mais les débris d'une taille inférieure ne peuvent être évités et ceux-ci se multiplient avec le temps. Pour tenter de réduire le risque associé aux petits débris spatiaux (de l'ordre du centimètre), qui ne peuvent être suivis, les constructeurs d'engins spatiaux ajoutent dans certains cas des blindages qui peuvent les stopper. Toutefois, la mesure la plus efficace consiste à limiter le nombre de débris spatiaux produits. Les principales agences spatiales, pour tenter d'endiguer ce qui est identifié comme une menace pour la poursuite à moyen terme de l'activité spatiale, ont édicté des recommandations visant à réduire le phénomène notamment en limitant le nombre de débris générés au moment du déploiement du satellite, en déclenchant la rentrée de l'étage supérieur du lanceur et en s'assurant en fin de vie que d'une part toutes les sources d'explosion soient neutralisées et que d'autre part le satellite, s'il circule sur une orbite basse, soit placé sur une orbite garantissant une rentrée atmosphérique à une échéance de . Selon ces recommandations, les satellites circulant en orbite géostationnaire doivent être placés sur une orbite cimetière. Faute d'un accord international ces dispositions qui augmentent de manière sensible les coûts de lancement, restent des recommandations qui ont tendance toutefois à être appliquées par les principaux acteurs. Mais un nouveau risque est apparu à la fin des années 2010 avec la multiplication des CubeSats et la mise en orbite de constellations de satellites (Starlink, OneWeb…) comptant des centaines voire des milliers d'unités qui vont accroître dans des proportions inégalées le risque de collision dans les années à venir.
Définition
Un débris spatial est défini comme un objet artificiel (fabriqué par l'homme) qui se trouve en orbite autour de la Terre et qui n'est pas ou plus utiliséDroit français : arrêté du relatif à la terminologie des sciences et techniques spatiales.. Un satellite artificiel lorsqu'il arrive en fin de mission devient un débris spatial. L'étage supérieur d'un lanceur resté en orbite après avoir rempli sa tâche est également un débris spatial.
Origine des débris spatiaux thumb|Répartition des débris selon leur origine |alt=Diagramme fournissant la ventilation des débris spatiaux (comprend les satellites actifs) en fonction de leur provenance (situation en 2013).
Depuis le début de l'ère spatiale (lancement de le ) plus de spatiaux ont été lancés dans l'espace par les différentes puissances spatiales de la planète. La majorité d'entre eux (environ en 2007) ont été placés sur une orbite terrestre. et quelques centaines, les sondes spatiales, ont quitté l'environnement immédiat de la Terre pour explorer la Lune ou les autres planètes du système solaire. Chacune de ces missions a généré un certain nombre de débris spatiaux.
Les débris spatiaux catalogués (dépassant dix centimètres) ont différentes origines : fragmentation de l'engin (52,6 %), satellites arrivés en fin de vie (24,4 %), étages de fusée (10,3 %), débris volontairement largués dans le cadre des missions (10,4 %)..
Fragmentation des engins spatiaux en orbite
La principale source de débris spatiaux est la fragmentation d'engins spatiaux en orbite. Jusqu'en 2007 (année de la destruction volontaire d'un satellite par un missile anti-satellite chinois), presque tous les débris spatiaux à vie longue avaient pour origine ce type d'événement. Début 2020, les fragmentations étaient encore à l'origine de 60 % du volume des débris spatiaux..
La fragmentation est due, dans la plupart des cas, à une explosion interne. Cette fragmentation peut se produire des décennies après le lancement. On recensait ainsi entre zéro et neuf fragmentations par an entre 1960 et 2018 et un total de 242 à cette dernière date, soit environ quatre par an. Les processus à l'œuvre comprennent l'explosion de batteries, les explosions à haute énergie dues à la présence d'ergols dans les réservoirs, l'implosion de réservoirs normalement sous pression (faible énergie). Ces incidents touchent de manière plus fréquente certains satellites ou certains étages de fusées. Ainsi cinq satellites météorologiques défilants américains des séries NOAA POES/DMSP ont explosé entre 2004 et 2021 suite à une erreur de conception de leurs batteries se manifestant après leur retrait de service.
Dix missions sur les lancées depuis le début de l'ère spatiale sont à l'origine de 33 % des débris catalogués (dépassant dix centimètres). Certains équipements sont à l'origine d'un grand nombre de fragmentation : ainsi de fragmentation (19,8 %) sont dus au moteur SOZ, une petite fusée de tassement de l'étage supérieur russe Bloc DM éjectée après usage. En tout, 44 % concernent des éléments de propulsion. Concernant les causes, 24,4 % événements sont des destructions délibérées de satellite, 3,7 % sont dues aux batteries, 2,5 % résultent de collisions..
Au cours de l'année 2020 cinq événements de ce type ont été identifiés par le réseau de surveillance et de suivi américain des débris. Ils concernaient. : un satellite militaire russe (Cosmos 2525), aux caractéristiques inconnues, lancé en 2019. Il a produit spatiaux catalogués (plus de dix centimètres environ). Ce satellite dispose manifestement d'un système de propulsion (il a changé d'orbite en cours de vie), qui est sûrement à l'origine de l'explosion ; le troisième étage d'un lanceur russe Tsyklon-3, lancé en 1991, qui a produit spatiaux catalogués. Cinq autres explosions sur ce modèle d'étage, sans doute dues à la mise à feu de résidus d'ergols hypergoliques se sont produites au cours des deux décennies précédentes. ; l'étage Fregat d'une fusée russo-ukrainienne Zenit lancée en 2011 qui a produit spatiaux catalogués (le plus grave incident de ce type depuis cinq ans). Certains de ces débris spatiaux circulent sur des orbites très élevées (jusqu'à ) ce qui implique qu'ils ne rentreront pas dans l'atmosphère avant plusieurs siècles ; la coiffe d'une fusée japonaise H-IIA, lancée en 2018, qui a généré . Aucune source d'énergie n'étant stockée dans la coiffe, son éclatement est sans aucun doute dû à l'impact d'un autre débris spatial (donc à ranger dans la catégorie de débris suivante). Un des fragments produits est passé à faible distance de la Station spatiale internationale et celle-ci a du manœuvrer le pour l'éviter. ; le satellite d'observation de la Terre russe Resours-O1, placé en orbite en 1994 et qui a produit . Ce satellite utilise une plateforme Meteor-2 qui a déjà été impliquée dans un événement de fragmentation à plusieurs reprises.
Collision entre engins spatiaux et/ou débris spatiaux
Jusqu'en 2007, aucun cas de fragmentation lié à une collision n'avait été recensé. En 2021, la deuxième source de débris en nombre est la collision de deux engins spatiaux entre eux ou d'un engin spatial avec un débris spatial. Les deux collisions qui se sont produites en 2007 et 2009 ont à elles seules augmenté de 30 % le nombre de débris de plus de . À une échelle microscopique les collisions avec des débris de très faible taille détachent des écailles de peinture.
Étages de lanceur
Les plus gros débris sont constitués par le dernier étage du lanceur qui est placé en orbite en même temps que sa charge utile. Les recommandations appliquées par les principales nations spatiales préconisent que l'étage dispose de suffisamment de carburant (si le moteur-fusée peut être remis à feu) ou dispose d'un système propulsif spécifique lui permettant de réduire son orbite et d'effectuer une rentrée atmosphérique peu de temps après avoir achevé sa mission.
Satellites non fonctionnels
Une fois leur mission achevée les satellites restent généralement sur leur orbite car un retour sur Terre nécessite de disposer d'une masse d'ergols, ce qui impose de réduire la part du satellite consacrée à sa mission. En 2007, sur les en orbite on estime que plus des trois quarts étaient des engins spatiaux ayant achevé leur mission.
Débris « opérationnels »