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Climat : l’affaissement de la haute atmosphère perturbe la trajectoire des débris spatiaux

Crédits : NASA.

Pour la première fois, un groupe de chercheurs a démontré la présence d’un refroidissement et d’une contraction généralisés de la très haute atmosphère, une évolution anticipée par les climatologues dès les années 1980 en réponse à une augmentation des concentrations atmosphériques en gaz à effet de serre. Les résultats ont récemment été publiés dans la revue Journal of Geophysical Research : Atmospheres.

Une des raisons pour lesquelles nous savons que le changement climatique actuel résulte d’une augmentation de l’effet de serre, le cas échéant liée aux émissions de dioxyde de carbone (CO2) par les activités humaines, est que l’atmosphère supérieure se refroidit. La région concernée s’étend d’environ cinquante kilomètres à cent kilomètres, autrement dit de la haute stratosphère à la basse thermosphère, en passant par la mésosphère.

Un refroidissement et une contraction généralisés de la haute atmosphère

Dans une nouvelle étude, des chercheurs ont pour la première fois démontré l’existence de ce phénomène à l’échelle mondiale et ont précisé son ampleur. Pour ce faire, ils ont tiré parti des données satellitaires les plus récentes afin de mettre à jour les bases de données de température de la haute atmosphère. Les résultats montrent qu’entre 2002 et 2019, cette dernière s’est contractée de 1,3 kilomètre en réponse à un refroidissement compris entre 2 °C et 19 °C suivant l’altitude.

haute atmosphère
Évolution de la température (en Kelvin) entre 2002 et 2022 à différentes altitudes (repérées en niveaux de pression). On identifie clairement la signature du cycle solaire dans les couches les plus hautes (premiers encarts). Crédits : Martin G. Mlynczak & coll. 2022.

Toutefois, seule une partie de cette contraction est attribuable à l’augmentation de la concentration de l’atmosphère en dioxyde de carbone. Les chercheurs évaluent cette contribution à 340 mètres. Le reste est le résultat d’une baisse de l’activité solaire sur la période d’étude, source de refroidissement et donc de contraction supplémentaire aux altitudes supérieures à soixante kilomètres (l’air froid étant plus dense). Notons cependant qu’à la différence des gaz à effet de serre qui entraînent une évolution cumulée de long terme, l’influence du soleil est réversible car cyclique.

Évolution de l’altitude des différentes couches (en kilomètres) entre 2002 et 2022. On identifie clairement la signature du cycle solaire dans les couches les plus hautes (premiers encarts). Crédits : Martin G. Mlynczak & coll. 2022.

Prolongement de la durée de vie des débris spatiaux

Outre le fait de constituer une signature caractéristique d’un renforcement de l’effet de serre, ce refroidissement a des conséquences très concrètes. Comme on l’a vu, il conduit les hautes couches de l’atmosphère à s’affaisser. Or, pour les dizaines de milliers de débris spatiaux en orbite autour de la Terre, cela signifie une diminution de la traînée et une durée de vie plus longue. Comme la densité à un niveau d’altitude donné diminue, la friction par les molécules d’air s’affaiblit, ce qui influence la trajectoire de tout objet en orbite basse.

« L’une des conséquences est que les satellites resteront en orbite plus longtemps, ce qui est très bien, car les gens veulent que leurs satellites restent en l’air. Mais les débris le seront également et augmenteront probablement le risque que les satellites et autres objets spatiaux de valeur doivent ajuster leur trajectoire pour éviter les collisions », explique Martin Mlynczak, auteur principal de l’étude. « Cela pourrait augmenter les coûts de l’assurance spatiale et constituer un élément majeur des futures décisions en matière de législation et de politique spatiales ».

Il s’agit de la première étude à démontrer la présence d’un refroidissement et d’une contraction généralisée de la haute atmosphère. « Il y a eu beaucoup d’intérêt pour voir si nous pouvions observer cet effet de refroidissement et de contraction de l’atmosphère », note le chercheur. « Nous présentons enfin ces observations dans notre article. Nous sommes les premiers à montrer la contraction de l’atmosphère de cette façon, à l’échelle mondiale ».