Stratégies de déviation des astéroïdes

Plusieurs méthodes ont été imaginées pour dévier un objet géocroiseur afin d'éviter qu'il ne s'écrase sur la Terre mais aucune d'entre elles, courant 2021, n'a fait l'objet d'une expérimentation réelle. Toutes ces méthodes ont pour objectif de modifier légèrement l'orbite de l'objet géocroiseur en appliquant une poussée ponctuelle sur le corps céleste. Il suffit que l'objet géocroiseur soit modifié de manière à couper l'orbite terrestre 7 minutes (temps mis par la Terre pour parcourir une distance égale à son diamètre) plus tôt ou plus tard pour éviter l'impact. On distingue les techniques impulsives qui ont recours à un impacteur cinétique se déplaçant à grande vitesse ou à une bombe nucléaire, des techniques de traction ou poussée lente. Si la poussée est ponctuelle (technique impulsive), il est préférable d'appliquer celle-ci lorsque le corps se trouve près de son aphélie (apogée) car elle est alors plus efficace. Si, au contraire, on choisit d’exercer une poussée plus faible mais continue, celle-ci doit être appliquée longtemps avant la collision anticipée. Plus la correction de la trajectoire débute tôt, moins celle-ci a besoin d'être importante. Le champ d'application d'une méthode dépend du diamètre/masse du géocroiseur et du délai dont on dispose : certaines méthodes permettent de déplacer des objets de plus grande taille (colonne transfert d'énergie du tableau à droite). Les méthodes lentes nécessitent de disposer de plusieurs années ou décennies pour que l'effet produit soit suffisant. Par ailleurs les méthodes de poussée lente ont une maturité technique moyenne à faible contrairement aux techniques impulsives qui reposent sur des techniques éprouvées[2].

Les principales méthodes étudiées sont les suivantes :

La première méthode de déviation, testée par la mission DART de la NASA lancée en 2021 et qui a été déjà implémentée dans un objectif tout autre (analyse de la structure et de la composition d'une comète) par la sonde spatiale Deep Impact de la NASA, consiste à lancer un engin spatial contre l'objet géocroiseur. La vitesse de l'astéroïde est modifiée du fait de la loi de la conservation de la quantité de mouvement :

${\displaystyle M_{1}\times {\vec {V_{1}}}+M_{2}\times {\vec {V_{2}}}=(M_{1}+M_{2})\times {\vec {V_{3}}}}$

avec ${\displaystyle M_{1}}$ la masse de l'engin spatial, ${\displaystyle M_{2}}$ la masse du corps céleste, ${\displaystyle {\vec {V_{1}}}}$ le vecteur vitesse de l'engin spatial, ${\displaystyle {\vec {V_{2}}}}$ le vecteur vitesse du corps céleste avant l'impact et ${\displaystyle {\vec {V_{3}}}}$ le vecteur vitesse du corps céleste (avec l'engin spatial écrasé dessus) après l'impact.

Les résultats de la méthode de l'impact présentent plusieurs inconnues. La principale découle de nos connaissances limitées de la structure et de la composition des astéroïdes et de l'incidence de ces caractéristiques sur la transmission de l'énergie cinétique. Les missions spatiales Hayabusa 2 et OSIRIS-REx, qui ont étudié des astéroïdes carbonés, ont découvert que ces mondes étaient très poreux avec une densité proche de celle de l'eau. L'énergie d'un impacteur venant frapper ce type d'astéroïde sera en partie dissipé par l'écrasement des parties poreuses. Le rôle de ce facteur sur l'efficacité d'un impact est mal modélisé[3]. En deçà d'un délai de préavis de quelques mois (dépend de la masse du géocroiseur), on ne dispose pas de suffisamment de temps pour modifier la trajectoire à l'aide de cette méthode car il faut disposer d'un impacteur d'une masse incompatible avec les capacités d'un lanceur (pour défléchir un géocroiseur de 130 mètres de diamètre ayant une densité de 1,5 en produisant l'impact trois mois à l'avance, il faut que l'impacteur ait une masse de 294 tonnes)[4].

Une méthode popularisée par le cinéma (Armageddon) consiste à provoquer une explosion nucléaire destinée à fragmenter l’astéroïde. Cette solution est techniquement réalisable mais elle présente de grands inconvénients. Ses effets sont incontrôlables et son efficacité reste à démontrer. Ce serait une solution à envisager en dernier recours[6].

Une méthode plus efficace consisterait à faire exploser une charge nucléaire à la surface ou à faible distance du géocroiseur de manière à lui transmettre une impulsion sans le fragmenter. Cette technique soulève deux problèmes : d'une part il faut parvenir à contrôler le vecteur de l'impulsion générée et d'autre part l'explosion d'une charge nucléaire peut soulever des problèmes politiques. Il s'agit d'une solution à envisager lorsque le délai de préavis est très faible.

Plusieurs méthodes reposant sur une poussée lente exercée sur de longues périodes (années/décennies) sont envisagées. Elles ne peuvent être mises en œuvre que sur de petits géocroiseurs à condition de disposer d'un délai important. La maturité des technologies utilisées est faible :

• Le tracteur gravitationnel est une méthode qui utilise l'attraction gravitationnelle mutuelle entre le géocroiseur et un engin spatial. Ce dernier se maintient à une distance constante du géocroiseur en utilisant une propulsion électrique. Par sa masse il exerce une force très légère sur l'astéroïde qui dans la durée modifie suffisamment l'orbite. Un engin spatial de 20 tonnes pourrait par cette méthode dévier suffisamment un astéroïde de 200 mètres en séjournant durant un an près de celui-ci à condition d'effectuer cette opération 20 ans avant l'impact prévu[7].
• L'utilisation de l'effet Yarkovsky, qui est une force produite par l'écart entre l'absorption solaire et l'émission thermique par rayonnement. Cette force qui contribue en permanence à façonner l'orbite du géocroiseur peut être modifiée par exemple en interposant un écran entre le Soleil et l'astéroïde ou en modifiant l'albédo de celui-ci (par exemple en déposant un revêtement noir ou blanc sur sa surface). L'intensité de cette force est très faible mais elle peut avec le temps permettre d'obtenir la déviation souhaitée.
• Une autre méthode consisterait à installer sur un astéroïde de petite taille un système propulsif pour modifier sa trajectoire et aller percuter le géocroiseur menaçant la Terre. Cette méthode est toutefois complexe à mettre en œuvre et ses effets sont non contrôlables.
• La déviation par soufflage consiste à positionner un engin spatial à faible distance de l'astéroïde et à diriger un moteur ionique vers la surface de l'astéroïde. Les ions éjectés viennent rebondir sur la surface de l'astéroïde et exercent une poussée sur celui-ci. L'engin spatial dispose d'une autre propulsion dirigée dans le sens inverse pour neutraliser le mouvement produit par le premier moteur. Avec un moteur ionique ayant une impulsion spécifique de 3 000 secondes, une déviation peut être obtenue au bout d'un an avec un engin spatial de 2 tonnes. Si le moteur a une impulsion spécifique de 10 000 secondes, la masse de l'engin spatial peut être divisée par deux[7].

En dernier recours, si aucune des méthodes de déviation ne peut fonctionner (principalement parce qu'on ne dispose pas du temps nécessaire), on peut tenter de détruire l'objet géocroiseur à l'aide d'une bombe nucléaire de manière que les débris soient suffisamment petits pour ne pas présenter à leur tour une menace pour la Terre.

• (en) Committee to Review Near-Earth-Object Surveys and Hazard Mitigation Strategies Space Studies Board, Defending Planet Earth: Near-Earth Object Surveys and Hazard Mitigation Strategies, THE NATIONAL ACADEMIES PRESS, 2010, 152 p. (ISBN 978-0-309-15721-6, lire en ligne) — Rapport très détaillé de 2010 produit par l'Académie des sciences américaine évaluant les risques des objets géocroiseurs et des moyens permettant de les traiter.
• (en) NASA, Office of Science and Technology Policy, Federal Emergency Management Agency,..., The National Near-Earth Object Preparedness Strategy and Action Plan (Strategy and Action Plan), Maison Blanche, 2018, 23 p. (lire en ligne) — Plan stratégique des Etats-Unis dans le domaine de la défense planétaire pour les 10 ans à venir.
• (en) Committee on Science, Space, and Technology (Chambre des représentants), Threats from Space: A Review of U.S. Government Efforts to Track and Mitigate Asteroids and Meteors (Part I & Part II), Congrès américain, 2013, 195 p. (lire en ligne) — Auditions sur le thème de l'identification des menaces des géocroiseurs et la mise en oeuvre de contre mesures.
• (en) NASA, Near-Earth Object Survey and Deflection Analysis of Alternatives (rapport au Congrès), NASA, 2007, 28 p. (lire en ligne) — Rapport établi par la NASA pour le Congrès américain recensant les différents scénarios de détection des objets géocroiseurs et les méthodes permettant de les détourner.

• Défense planétaire
• Objet potentiellement dangereux (PHA)
• Objet géocroiseur (NEO), Objet potentiellement dangereux (PHA), Astéroïde géocroiseur
• NEOWISE, NEO Surveyor missions spatiales consacrées à la détection des géocroiseurs
• Catalina Sky Survey, Pan-STARRS, Observatoire Vera-C.-Rubin (ex LSST) observatoires terrestres consacrés à la détection des géocroiseurs
• Don Quichotte, AIDA, Hera, DART missions destinées à tester la déflexion des objets géocroiseurs
• Échelle de Turin, Échelle de Palerme évaluation des risques
• Chicxulub (Extinction du Crétacé), Meteor Crater, Toungouska, Tcheliabinsk géocroiseurs ayant frappé la Terre
• Liste d'astéroïdes géocroiseurs
• Impacteur, Cratère d’impact, Liste de cratères d'impact sur Terre