La croissance projetée des lancements de fusées pour le tourisme spatial, les alunissages et peut-être les voyages vers Mars fait rêver beaucoup d'une nouvelle ère d'exploration spatiale. Mais une étude de la NOAA suggère qu'une augmentation significative de l'activité des vols spatiaux pourrait endommager la couche d'ozone protectrice sur la seule planète où nous vivons.

Les moteurs de fusée à kérosène largement utilisés par l'industrie mondiale des lancements émettent des gaz d'échappement contenant du carbone noir, ou de la suie, directement dans la stratosphère, où une couche d'ozone protège tous les êtres vivants sur Terre des effets nocifs du rayonnement ultraviolet, notamment le cancer de la peau. et un système immunitaire affaibli chez l'homme, ainsi que des perturbations de l'agriculture et des écosystèmes.

Selon une nouvelle étude de la NOAA publiée dans le Journal of Geophysical Research :Atmospheres , une multiplication par 10 des lancements alimentés aux hydrocarbures, ce qui est plausible au cours des deux prochaines décennies sur la base des tendances récentes de la croissance du trafic spatial, endommagerait la couche d'ozone et modifierait les schémas de circulation atmosphérique.

"Nous devons en savoir plus sur l'impact potentiel des moteurs à hydrocarbures sur la stratosphère et sur le climat à la surface de la Terre", a déclaré l'auteur principal Christopher Maloney, chercheur au CIRES travaillant au laboratoire des sciences chimiques de la NOAA. "Avec des recherches plus poussées, nous devrions être en mesure de mieux comprendre les impacts relatifs des différents types de fusées sur le climat et l'ozone."

Les taux de lancement ont triplé

Les taux de lancement ont plus que triplé au cours des dernières décennies, a déclaré Maloney, et une croissance accélérée est prévue dans les décennies à venir. Les fusées sont la seule source directe de pollution par les aérosols d'origine humaine au-dessus de la troposphère, la région la plus basse de l'atmosphère, qui s'étend jusqu'à une hauteur d'environ quatre à six milles au-dessus de la surface de la Terre.

L'équipe de recherche a utilisé un modèle climatique pour simuler l'impact d'environ 10 000 tonnes métriques de pollution par la suie injectées dans la stratosphère au-dessus de l'hémisphère nord chaque année pendant 50 ans. Actuellement, environ 1 000 tonnes d'échappement de suie de fusée sont émises chaque année. Les chercheurs avertissent que les quantités exactes de suie émises par les différents moteurs à hydrocarbures utilisés dans le monde sont mal comprises.

Les chercheurs ont découvert que ce niveau d'activité augmenterait les températures annuelles dans la stratosphère de 0,5 à 2 ° Celsius (ou environ 1 à 4 ° Farenheit), ce qui modifierait les schémas de circulation mondiaux en ralentissant les courants-jets subtropicaux jusqu'à 3,5%, et fragilisant la circulation stratosphérique de renversement.

Comment les gaz d'échappement des fusées affectent la couche d'ozone

L'ozone stratosphérique est fortement influencé par la température et la circulation atmosphérique, a noté le co-auteur Robert Portmann, physicien chercheur au Laboratoire des sciences chimiques, il n'était donc pas surprenant pour l'équipe de recherche que le modèle ait trouvé des changements dans les températures stratosphériques et que les vents aient également provoqué des changements dans l'abondance de l'ozone. Les scientifiques ont découvert que des réductions d'ozone se produisaient vers le pôle de 30 degrés nord, soit à peu près la latitude de Houston, presque tous les mois de l'année. La réduction maximale de 4 % s'est produite au pôle Nord en juin. Tous les autres endroits au nord de 30° N ont connu au moins une réduction de l'ozone tout au long de l'année. Ce modèle spatial de perte d'ozone coïncide directement avec la distribution modélisée du carbone noir et le réchauffement qui lui est associé, a déclaré Maloney.

"En fin de compte, l'augmentation prévue des lancements de fusées pourrait exposer les habitants de l'hémisphère nord à une augmentation des rayons UV nocifs", a déclaré Maloney.

L'équipe de recherche a également simulé deux scénarios d'émission plus importants de 30 000 et 100 000 tonnes de pollution par la suie par an pour mieux comprendre les impacts d'une augmentation extrêmement importante des futurs voyages spatiaux utilisant des moteurs à hydrocarbures, et étudier plus clairement les rétroactions qui déterminent la réponse de l'atmosphère. . Les résultats ont montré que la stratosphère est sensible à des injections de noir de carbone relativement modestes. Les simulations d'émissions plus importantes ont montré des perturbations similaires, mais plus graves, de la circulation atmosphérique et des pertes climatiques que le cas de 10 000 tonnes métriques.

Construire une fondation de recherche

L'étude s'est appuyée sur des recherches antérieures menées par des membres de l'équipe d'auteurs. Une étude de 2010 dirigée par le co-auteur Martin Ross, un scientifique de The Aerospace Corporation, a d'abord exploré l'impact sur le climat d'une augmentation des lancements de fusées produisant de la suie. Une deuxième étude réalisée à la NOAA en 2017, dont Ross était co-auteur, a examiné la réponse climatique aux émissions de vapeur d'eau d'un système de lancement spatial réutilisable proposé utilisant des fusées à hydrogène plus propres.

"Notre travail souligne l'importance de l'appauvrissement de la couche d'ozone causé par les particules de suie émises par les fusées à carburant liquide", a déclaré Ross. "Ces simulations changent la croyance de longue date selon laquelle la seule menace des vols spatiaux pour la couche d'ozone provenait des fusées à combustible solide. Nous avons montré que les particules sont là où se trouve l'action pour les impacts des vols spatiaux."

Alors que la nouvelle recherche décrit l'influence de la suie dans les gaz d'échappement des fusées sur le climat et la composition de la stratosphère, les scientifiques ont déclaré qu'elle représentait une première étape dans la compréhension du spectre des impacts sur la stratosphère d'un vol spatial accru.

Les émissions de combustion des différents types de fusées devront être évaluées, ont-ils déclaré. La suie et les autres particules générées par les satellites qui brûlent lorsqu'ils tombent de leur orbite sont également une source croissante et mal comprise d'émissions dans la moyenne à la haute atmosphère. Ces sujets et d'autres nécessiteront des recherches plus approfondies pour produire une image complète des émissions de l'industrie spatiale et de leurs impacts sur le climat et l'ozone de la Terre. + Explorer plus loin

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