Il y a un an, SpaceX a perdu le contrôle du deuxième étage de sa fusée au cours d’un de ses lancements de satellites de Starlink. Des débris avaient été retrouvés en Pologne, mais des chercheurs allemands montrent un an après que la fusée a créé un nuage de lithium dans la haute atmosphère au dessus de l’ouest de l’Irlande s’étendant jusqu’au nord de l’Allemagne à 96 km d’altitude.

Les échecs des lancements de fusées peuvent polluer la haute atmosphère terrestre avec des conséquences inconnues pour la couche d’ozone. Le 18 février 2025, SpaceX lançait une 438e fois un Falcon 9 en dehors de l’atmosphère pour envoyer une vingtaine de satellites Starlink en orbite basse.

L’entreprise s’est félicitée du retour du premier étage de la fusée pour son premier lancement des Bahamas. Mais le 19 février, des Polonais témoignaient de la retombée de débris du deuxième étage de la fusée de SpaceX et l’agence spatiale polonaise POLSA confirmait « que dans la nuit du 19 février 2025, entre 04h46 et 04h48, une rentrée incontrôlée dans l’atmosphère au-dessus du territoire polonais d’un étage de la fusée porteuse FALCON 9 R/B a eu lieu ».

Une détection au-dessus du nord de l’Allemagne

Mais la retombée incontrôlée du deuxième étage du Falcon 9 a eu des conséquences qu’on n’imaginait pas. Des chercheurs et chercheuses de l’institut Leibniz de physique de l’atmosphère ont publié, tout juste un an après, un article scientifique indiquant qu’ils ont pu détecter et mesurer un nuage de lithium dans la haute atmosphère au-dessus de l’ouest de l’Irlande et s’étendant jusqu’au nord de l’Allemagne à 96 km d’altitude.

De fait, leur équipe explique avoir d’abord détecté une multiplication par 10 des atomes de lithium au-dessus de la petite ville de Kühlungsborn, en Allemagne, « environ 20 heures après la rentrée incontrôlée d’un étage supérieur Falcon 9 » avec un lidar, un appareil de détection par laser qui permet aussi d’estimer la distance à laquelle sont détectées les particules.

« La densité maximale de la couche de lithium était inférieure à 3 atomes cm⁻³ pendant la majeure partie de la mesure. Une augmentation soudaine du signal d’un facteur 10 a été détectée juste après minuit UTC le 20 février », expliquent-ils.

Ils ont ensuite mis en place des simulations pour vérifier d’où pouvaient provenir ces atomes. « L’ensemble des trajectoires calculées (en bleu) est représenté sur la figure 3 [ci-dessous] avec une carte thermique de densité de probabilité indiquant la région au-dessus du Royaume-Uni et de l’Irlande où le panache de lithium a probablement pris naissance » :

Sur la carte, le tracé noir représente la trajectoire de rentrée du Falcon 9 et la courbe constituée de petits cercles représente un exemple de trajectoire possible qu’ils ont simulé et qui correspondrait à l’heure de rentrée de la fusée dans la haute atmosphère.

Le lithium, la signature des débris spatiaux

Ils expliquent que le lithium a été choisi comme métal cible « pour détecter les signatures des débris spatiaux en raison de sa présence en quantités infimes dans les météoroïdes chondritiques et de ses applications bien documentées dans les engins spatiaux, notamment les batteries lithium-ion et le revêtement des coques en alliage lithium-aluminium (Li-Al) ».

Leur travail montre que les lidars, et notamment ceux à fluorescence par résonance, peuvent être utilisés pour la détection du lithium dans la haute atmosphère « lorsqu’il est associé à d’autres mesures atmosphériques et étayé par une analyse modélisée ». L’idée est de pouvoir comprendre ce qu’il se passe avant l’entrée dans la couche d’ozone. Des recherches ont déjà montré que la combustion des satellites pourrait gravement endommager la couche d’ozone. Mais la détection et la quantification de polluants dans la couche d’ozone stratosphérique est complexe et chère, selon eux.

Les autrices et auteurs soulignent aussi que leur travail « vient étayer les inquiétudes croissantes selon lesquelles le trafic spatial pourrait polluer la haute atmosphère d’une manière qui n’est pas encore entièrement comprise. La croissance continue des lancements et des rentrées de satellites pourrait entraîner des effets cumulatifs, avec des implications pour la composition atmosphérique à long terme et les interactions climatiques ». Reste une inconnue : les conséquences de cette pollution que ce soit sur cette haute atmosphère ou sur la couche d’ozone.

Rappelons qu’outre la haute atmosphère, les lancements de SpaceX sont responsables d’autres pollutions. Ainsi, un mois avant, en janvier 2025, des débris de Starship sont tombés sur des plages et routes des îles Turques-et-Caïques. Enfin, depuis plusieurs années, les astrophysiciens alertent sur les menaces que font peser les constellations de satellites sur les observations astronomiques, menaces qui se sont accélérées avec la taille de ces constellations.