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Des avions en papier lancés... depuis l'espace

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L'expérience est vraiment envisagée : des astronautes - japonais - devraient bientôt lancer des avions en papier depuis la Station Spatiale Internationale ! Ce projet d'apparence farfelue n'a pas pour but de battre le record du vol le plus long mais de rechercher des moyens économiques pour récupérer des objets revenant de l'espace.

Préparation d'un avion en papier pour un test en soufflerie. Crédit : Université de Tokyo.

Les chercheurs japonais estiment qu'en effet, un objet dont le rapport de la surface par rapport à la masse est élevé pourrait s'avérer particulièrement sensible au freinage atmosphérique, au point de perdre une grande partie de sa vitesse avant que la température n'atteigne une valeur critique. Il pourrait alors retomber dans l'atmosphère en planant à la manière d'une feuille morte...

Contrairement à ce qui avait été supputé avant l'ère spatiale, un satellite ne reste pas éternellement en orbite. L'atmosphère terrestre, bien que très raréfiée, reste présente à l'état de traces jusqu'à plusieurs centaines de kilomètres d'altitude et l'effet sur les objets spatiaux ne tarde pas à se faire sentir.

A titre indicatif, un satellite en orbite circulaire à 200 kilomètres de la surface terrestre n'a qu'une espérance de vie de quelques jours, alors qu'elle augmente à 60 jours à 250 km et 220 jours à 300 km. A 822 kilomètres, les satellites géodésiques Spot perdent quotidiennement environ 2,50 mètres d'altitude, ce qui contraint les techniciens à effectuer de fréquents relèvements d'orbite.

Curieusement, un corps de dimensions importantes est moins freiné qu'un petit objet. En effet, l'intensité du freinage répond à un coefficient balistique que l'on peut formuler par (A = SCD/M), où A représente la décélération, S la surface freinante, CD le coefficient aérodynamique de traînée dépendant du satellite et de sa forme, et M la masse. Quand la dimension moyenne M augmente, la surface S croît comme son carré alors que la masse M croît comme son cube. La décélération A décroît donc lorsque la dimension moyenne croît, ce raisonnement étant aussi valable pour le déplacement de tout objet dans un fluide ou un gaz.

Origamis spatiaux

Dans la pratique, on démontre ainsi que les micro-satellites sont plus perturbés que des objets à la masse plus imposante, comme la Station spatiale. Les avions en papier, lâchés en orbite depuis l'ISS, devraient ainsi accompagner celle-ci durant quelques orbites, puis voir leur altitude décroître de plus en plus rapidement jusqu'à entrer en contact avec les hautes couches de l'atmosphère, vers 200 kilomètres. Que se passera-t-il alors ?

Le 6 février dernier, des scientifiques de l'université de Tokyo ont testé diverses configurations d'avions en papier en soufflerie, les soumettant durant 30 secondes à un flux d'air de sept fois la vitesse du son et une température de 250 degrés Celsius. Tous ont parfaitement résisté à l'épreuve. « Les avions en papier sont extrêmement légers et ralentissent même en présente d'air à faible densité, et peuvent ainsi graduellement descendre dans l'atmosphère », explique Shinji Suzuki, un des chercheurs de l'université, non sans souligner que cette technologie serait envisageable pour récupérer des objets spatiaux de façon particulièrement économique.

L'équipe a mis au point un programme d'expérimentation, qui sera vraisemblablement réalisé depuis le module japonais Kibo, un module destiné à être installé sur l'ISS et dont le lancement est programmé pour le 11 mars 2008. Un astronaute devrait alors libérer une centaine de ces petits origamis de 20 centimètres de long, réalisés dans un papier spécialement traité pour résister à la chaleur et à l'humidité. Ceux-ci devraient mettre plusieurs mois à atteindre l'atmosphère alors que leurs orbites décroîtraient lentement.

Seul détail gênant : s'ils survivent à la rentrée, il n'y a aucun moyen de prévoir l'endroit où ils toucheront le sol ! Chacune de ces micro-navettes comportera une mention rédigée en de nombreuses langues, invitant le découvreur à prendre contact avec les autorités ou l'université locales. Suzuki estime que si un seul d'entre eux est retrouvé, ce sera une immense victoire pleine de promesses pour l'avenir.