La frontière de l’espace : où commence-t-il vraiment ?

Aux portes du cosmos : où commence l’espace ?

On a l'impression que l'espace commence au-delà de l'atmosphère terrestre mais ça n'est pas une bonne définition car plus l'altitude augmente et moins l'atmosphère est dense, sans vraiment disparaitre, elle se raréfie progressivement.

L'atmosphère commence à la surface de Terre (troposphère de 0 km à 20 km d'altitude) et se prolonge à des altitudes extrêmement élevées (exosphère de 1000 km à 50 000 km d'altitude).

À partir des données recueillies par la mission Soho, une équipe franco-russe a calculé que l'atmosphère s'étendait jusqu'à 630 000 km au-delà de la Terre (1.5 fois plus loin que la Lune).

L'atmosphère se dilue dans l'espace jusqu'à constituer un nuage épars extrêmement tenu d'atomes d'hydrogène (10 à 70 atomes par cm3) appelé « géocouronne ».

Au niveau de la Lune, il y a seulement 200 atomes par décimètre cube, autant dire le presque vide.

Ligne de Kármán

Le 11 juillet 2021, le tourisme spatial a débuté !

Richard Branson et sa fusée SpaceShipTwo (SS2) VSS Unity, compte plus de 600 clients prêts à payer 250 000 dollars pour aller visiter l'espace. Le 20 juillet 2021, une place à 28 millions de dollars a été mise aux enchères pour accompagner Jeff Bezos dans l'espace (1er vol de tourisme spatial de la société Blue Origin).

Mais où commence l'espace ?

L'espace se situe à la limite entre le vol aéronautique (avions) et le vol astronautique (satellites). Cette limite est appelée la ligne de Kármán (Theodore von Kármán, ingénieur et physicien hongrois 1881-1963). Cette frontière imaginaire a été calculée à 100 km au-dessus de la surface de la Terre. Elle correspond à l'altitude à partir de laquelle l'atmosphère devient trop ténue pour l'aéronautique. Un avion ne peut rester en vol qu'en étant porté par l'air environnant, sa voilure assurant la portance. Plus un avion vole haut, moins l'air raréfié fournit de portance, ce qui exige une vitesse de plus en plus grande pour conserver la portance et compenser la baisse de densité de l'air au fur et à mesure qu'il s'élève en altitude sinon la pesanteur le tire vers le bas.

La question qui se pose alors est : à quelle vitesse doit-on se déplacer dans l'atmosphère pour être supporté par la force de poussée aérodynamique ?

L'avion doit atteindre la vitesse orbitale.

La ligne de Kármán marque l'altitude où la vitesse de vol exigée est égale la vitesse orbitale. Pour placer un satellite sur orbite, il est nécessaire de lui imprimer une vitesse minimale pour qu’il puisse en faire le tour complet. Cette vitesse doit approcher 7,9 km/s (28 440 km/h). Pour que le satellite ne soit pas freiné dans sa course par le frottement atmosphérique, il doit être positionné au-dessus de l'atmosphère, soit au minimum 100 km au-dessus de la Terre.

La vitesse orbitale varie selon la hauteur de l'orbite terrestre

• Pour la Station spatiale internationale, la vitesse orbitale avoisine 7.5 km/s.
• En orbite géostationnaire autour de la Terre (35 786 km au-dessus du géoïde terrestre) la vitesse orbitale est de 3 km/s.
• La Lune orbite à 1,052 km/s.

En 2021, le tourisme spatial embarque les passagers légèrement en dessous de 100 km, ce sont donc des vols suborbitaux.

N. B. : Portance = 1/2 masse volumique de l'atmosphère (en kg/m3) x surface de référence (en m2) x coefficient de portance (sans unité) x le carré de la vitesse (en m/s).