- Les débris de 1 à 10 mm sont trop petits pour être suivis et trop nombreux pour être évités : seul un bouclier protège.
- Une première tôle mince brise le projectile ; un nuage de fragments est plus facile à arrêter qu'un bloc.
- Deux tissus placés au milieu freinent et étalent ce nuage : la paroi arrière tient face à des débris bien plus gros.
Les modules habités en orbite basse doivent résister aux impacts de débris millimétriques, qui arrivent à une vitesse moyenne de 10 km/s. Nous comparons trois boucliers de même masse surfacique (1,30 g/cm²) : une paroi d'aluminium simple, un bouclier à double paroi espacée de 10 cm et un bouclier multicouche IFRAS, qui insère un tissu céramique et un tissu d'aramide entre les deux parois. Trente-six tirs de sphères d'aluminium ont été réalisés au canon à gaz léger CHOC-2, de 2,5 à 7,2 km/s, et prolongés par simulation numérique jusqu'à 15 km/s. À 7 km/s, le diamètre critique, c'est-à-dire le plus gros projectile arrêté, passe de 1,3 mm pour la paroi simple à 5,7 mm pour la double paroi et 7,9 mm pour le bouclier multicouche. Pour une même masse de bouclier, celui-ci arrête ainsi des débris 2,7 fois plus lourds que la double paroi.
01Une orbite encombrée
Depuis le début de l'ère spatiale, satellites morts, étages de fusées et fragments d'explosions s'accumulent autour de la Terre. Les plus gros sont suivis depuis le sol, ce qui permet aux engins de s'en écarter. Les plus petits sont invisibles, mais pas inoffensifs : en orbite basse, deux objets se croisent en moyenne à , plus de dix fois la vitesse d'une balle de fusil.
À ces vitesses, l'énergie d'un débris ne dépend presque plus de sa matière, mais de sa masse et du carré de sa vitesse. Un grain d'aluminium de quelques millimètres suffit à percer une paroi pressurisée.
02Briser pour mieux arrêter
Épaissir une paroi unique coûte cher en masse. L'idée du bouclier à double paroi est plus subtile : une première tôle mince, placée à quelques centimètres, ne cherche pas à arrêter le débris mais à le briser. Le projectile se fragmente, voire fond, et forme un nuage qui s'étale avant de toucher la paroi principale. L'énergie est répartie sur une grande surface.
Notre bouclier multicouche ajoute, au milieu, un tissu céramique qui brise encore les fragments, puis un tissu d' très résistant qui les freine. La masse totale reste identique : les tôles sont simplement plus fines.
03Tirer à 7 km/s : le canon CHOC-2
Aucune arme à poudre n'atteint 7 km/s : les gaz de combustion sont trop lourds pour pousser plus vite. Le CHOC-2 de l'IFRAS contourne cette limite en deux étages. La poudre pousse un piston lourd qui comprime de l'hydrogène, le gaz le plus léger. Quand la pression dépasse 5 000 bar, un disque cède et l'hydrogène propulse le projectile dans le tube de lancement.
Les trois boucliers ont la même masse par mètre carré, 1,30 g/cm², pour une comparaison équitable :
- Paroi simpleAluminium de 4,8 mm.
- Double paroiTôle de 1,6 mm, 10 cm de vide, paroi de 3,2 mm.
- Multicouche IFRASTôle de 1,0 mm, tissus céramique et aramide à mi-distance, paroi de 2,5 mm.
04La limite balistique de chaque bouclier
Pour chaque bouclier et chaque vitesse, on cherche le plus gros projectile que la paroi arrière supporte sans être percée : c'est la . Au-delà de 7,2 km/s, hors de portée du canon, les courbes sont prolongées par simulation numérique, validée sur les tirs.
tir arrêtéparoi percéesimulation
| Tir | Bouclier | Diamètre | Vitesse | Paroi arrière |
|---|
LimitesTous les tirs sont perpendiculaires au bouclier ; un impact oblique étale davantage le nuage et est en général moins dangereux. Les projectiles réels ne sont pas tous en aluminium : un éclat d'acier, plus dense, perce plus facilement. Ces cas seront étudiés en 2023.
05Conclusion
Pour la même masse, placer deux tissus entre les parois d'un bouclier fait passer le diamètre critique de 5,7 à 7,9 mm à 7 km/s, et de 4,5 à 6,2 mm à 10 km/s selon la simulation. Le bouclier multicouche arrête ainsi des débris 2,7 fois plus lourds. Pour un module habité, cela réduit fortement le risque de perforation sur une mission de plusieurs années.
- 36 tirsTrois boucliers, jusqu'à 7,2 km/s.
- Impacts obliquesAngles de 30 à 60° et projectiles d'acier.
- Panneau de 1 m²Intégration sur une paroi de module habitable.
