Mais où commence l’espace ? (1/2)

Enchaînant sur sa lancée les révolutions orbitales à 400 km d’altitude depuis plus de vingt ans, la Station spatiale internationale porte évidemment bien son nom de station spatiale. Mais à partir de quelle altitude peut-on considérer qu’un véhicule est « dans l’espace » ?

Il n’y a pas de réponse évidente – ou en tout cas pas unique – à cette question, car l’atmosphère terrestre ne s’arrête pas brusquement mais s’atténue progressivement. Même à l’altitude de 400 km où évolue l’ISS, l’atmosphère exerce une force de frottement suffisamment sensible pour que des manœuvres de rehaussement d’orbite soient nécessaires périodiquement.

Les phénomènes physico-chimiques qui se produisent dans l’atmosphère permettent bien d’identifier différentes couches (troposphère, stratosphère…), mais leurs délimitations sont assez imprécises en raison notamment des variations dues à l’activité solaire, et la dernière couche dite « exosphère » commence même au-dessus de l’altitude de l’ISS, entre 500 et 1 000 km.

La ligne de Kármán

C’est dans les années cinquante qu’émerge l’idée de définir une altitude de début de l’espace non pas à partir des seules caractéristiques physiques de l’atmosphère (idée dont nous avons vu les limitations) mais de considérations de mécanique de vol, en l’occurrence en s’intéressant à l’effet des forces aérodynamiques sur un véhicule. Le besoin d’une telle définition apparaît initialement lors des premières réflexions sur le droit spatial, alors que les records d’altitude des avions-fusées font progressivement la jonction entre aéronautique et spatial.

Avion-fusée suborbital X-15
Crédit : US Air Force

En 1957, le juriste américain Andrew J. Haley, pionnier du droit spatial, propose de définir une altitude de délimitation juridique de l’espace basée sur une idée du grand scientifique et aérodynamicien Theodore von Kármán. Dans le prolongement d’autres pionniers de l’astronautique comme Eugen Sänger, Kármán note qu’à mesure qu’on augmente l’altitude de vol, un véhicule portant animé de la vitesse nécessaire au vol stabilisé utilise, en proportion, de moins en moins la portance et de plus en plus la force centrifuge pour compenser son poids. Avec la montée en altitude, le véhicule est donc de moins en moins un avion, sustenté par les forces aérodynamiques, et de plus en plus un véhicule spatial, porté par son élan, tandis que la gravité courbe la trajectoire et lui fait épouser la rotondité de la Terre avec une vitesse de déplacement localement horizontale. A partir d’une certaine altitude, que Kármán propose d’utiliser comme définition de la limite de l’espace, la force centrifuge compense presque entièrement le poids et la contribution de la portance est négligeable, alors que la vitesse devient quasi-orbitale. Haley baptise ce concept « ligne de Kármán » en l’honneur du scientifique et propose de l’utiliser en droit spatial.

 Dr. Theodore von Kármán (1881-1963)
Crédit : NASA

Application et reconnaissance internationales

Issue des réflexions sur le droit spatial, c’est en fait dans un tout autre contexte que la « ligne de Kármán » trouvera une application et une reconnaissance internationales. Car en 1960, la Fédération Aéronautique Internationale (FAI), qui est la fédération des sports aériens, fixe à 100 km la limite d’altitude séparant les records aéronautiques et astronautiques, avec l’aide d’un comité de scientifiques, notamment américains et russes, mené par Kármán. Bien que basé sur des considérations physiques, le choix d’une altitude précise reste cependant une convention, avec une part d’arbitraire. L’altitude de 275 000 pieds (environ 82 km) est parfois présentée comme la valeur calculée initialement par Kármán, mais il s’agit en fait d’un ordre de grandeur fourni au départ par Haley à titre d’illustration. En réalité, sur le plan purement scientifique, Kármán n’identifie pas une altitude aussi précise et il se limite à en indiquer un ordre de grandeur. Lors d’une conférence donnée en 1961 (soit un an après le choix de la limite de 100 km par la FAI), il considère que le seuil où se produit le phénomène de transition aéronautique/astronautique qu’il décrit se situe plus généralement entre 300 000 et 400 000 pieds, soit entre 91 et 122 km. Partant de cette recommandation, il semblait judicieux de retenir la valeur arrondie de 100 km.

La « ligne de Kármán » est la convention la plus connue pour l’altitude de la limite de l’espace, mais il existe des alternatives qui seront présentées dans la deuxième partie de cet article.

Nicolas Bérend