Mais où commence l’espace ? (2/2)

Les autres définitions

La première partie de cet article était consacrée à la « ligne de Kármán », qui est la convention la plus connue pour l’altitude de la limite de l’espace. Dans le domaine astronautique, une autre convention bien connue est le seuil d’altitude défini par les américains (NASA et US Air Force) pour l’attribution des « ailes d’astronautes », qui est de 50 milles, soit environ 80 km.

Selon certaines sources, le choix de cette altitude trouverait son origine dans un critère de pilotabilité aérodynamique, et non un critère lié à la portance comme la ligne de Kármán. Mais là encore, le choix d’une altitude de seuil très précise relève d’une part d’arbitraire, et elle est surtout symbolique. Comme le raconte l’astronaute Jean-François Clervoy dans le récit de son premier vol en navette, le passage de l’altitude de 50 milles était salué par les « rookies » au cri enthousiaste de « We are astronauts ! » Dans ce contexte, il s’agissait d’ailleurs de milles marins (nautical miles) et non de milles terrestres (statute miles), qui est la convention américaine actuelle, mais bien sûr cela ne change pas grand-chose pour des astronautes en route vers l’orbite terrestre.

Avec l’avènement du vol commercial suborbital, le choix de l’altitude définissant le seuil de l’espace est devenu également un enjeu commercial : l’étiquette « officielle » de vol spatial est un argument de vente pour les sociétés privées qui proposent ces vols. Depuis 2018, le seuil de 80 km / 50 milles est reconnu par la FAA (Agence fédérale aéronautique américaine) comme l’altitude permettant de qualifier un vol de « spatial », mais cette convention reste américaine et n’est pas reconnue au niveau mondial.

Point commun

La ligne de Kármán et la définition américaine ont comme point commun de reposer sur un critère d’efficacité des forces aérodynamiques, pour la sustentation et pour le pilotage, respectivement, mais ce ne sont pas les seules manières de définir une altitude limite de l’espace à partir de considérations de mécanique de vol. Une autre logique, qui correspond davantage au point de vue « satellite », consiste à s’intéresser aux forces aérodynamiques en tant que perturbation – et non aide – au vol. L’idée est d’identifier l’altitude en dessous de laquelle la traînée atmosphérique ne permet plus le vol orbital. Plusieurs définitions sont alors possibles. Ainsi, pour les opérateurs de systèmes spatiaux, il est d’usage de considérer que la rentrée atmosphérique commence à partir de 110 ou 120 km, gamme d’altitude où la traînée atmosphérique devient la cause de perturbation prépondérante, dépassant en particulier en amplitude les perturbations du champ de gravité.

Vol suborbital à 107 km d’altitude de la capsule New Shepard 4, réalisé le 14 janvier 2021
Crédit : Blue Origin

Des propositions plus récentes

En 2018, Jonathan McDowell (lauréat 2020 du Prix Alexandre Ananoff de la Société Astronomique de France) a proposé une autre définition basée également sur la traînée atmosphérique. La limite de l’espace y est définie comme l’altitude en dessous de laquelle la traînée atmosphérique exerce une force de même amplitude que la gravité. Ce calcul aboutit, comme la définition NASA/US Air Force/FAA mais pour des raisons différentes, à une altitude de l’ordre de 80 km.

Ajoutons à ce panorama une définition inédite , plus proche dans l’esprit de celle de Kármán dans le sens où elle s’intéresse également au cas d’un véhicule portant en vol équilibré (vol horizontal, le poids étant compensé par l’action combinée de la portance et de la force centrifuge). On observe que la vitesse nécessaire au vol équilibré augmente dans un premier temps avec l’altitude (comportement que l’on peut qualifier d’« aéronautique », typique des avions) puis, après avoir atteint un maximum, diminue avec celle-ci (comportement davantage « astronautique », caractéristique des satellites placés sur une orbite circulaire). L’altitude à laquelle la vitesse de vol équilibré est maximale sépare ainsi, du point de vue de la mécanique de vol, un « domaine aéronautique » et un « domaine astronautique ». On montre que l’interface entre les deux domaines se situe aux alentours de 110 km d’altitude, la vitesse de vol équilibré à cette altitude étant quasi-orbitale, ce qui est compatible avec les recommandations de Kármán.

Une question de convention

On le voit, la définition du seuil de l’espace reste une question de convention. Au final, s’il est vrai que la « ligne de Kármán » est la seule convention reconnue internationalement, elle ne l’est que pour une application bien particulière : l’homologation des records astronautiques. La question d’une convention internationale pour la limite de l’espace reste ouverte dans deux domaines aux enjeux politiques et stratégiques bien plus importants : celui du droit spatial et celui, également en gestation, de la gestion du trafic spatial (Space Traffic Management). Kármán prévoyait que la question ne serait pas résolue de son vivant. Elle ne l’est toujours pas, près de 60 ans après sa mort !

Nicolas Bérend