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Empreinte carbone d'une fusée

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Quand une photo de fusée au décollage avec des gros plans sur les moteurs est publiée, la pollution engendrée et l'empreinte carbone associée est souvent mise sur le tapis. La notion de pollution est ici assez vague et ne veut pas dire grand chose, ce qui rend la réponse compliquée si on ne sait pas de quoi ça parle.

 

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Photo du lancement de Ariane 5 VA250
le 26 Novembre 2019
Crédits Image : Trevor Mahlmann

 

Tout d'abord, les pollutions mentionnées peuvent être de plusieurs types :

- débris spatiaux (on en parle dans cet article)

- déchets dans un endroit où ils ne devraient pas être (les étages qui retombent en mer)

- pollution atmosphérique

Le présent article traite de ce dernier point. 

 

Les carburants

Là aussi il n'y a pas de réponse unique. Les constructeurs de fusées conçoivent des moteurs utilisant des carburants différents selon les besoins, et dont les rejets sont donc difficilement comparables.

Nous avons :

  • Les fusées à Hydrogène/Oxygène qui rejettent de l'eau (vapeur d'eau) (exemple, la Delta IV Heavy). En général ce carburant est utilisé par ceux qui défendent les fusées et leur impact environnemental. Cependant, ce n'est pas le seul carburant qui existe et cet argument peut être utilisé à tort.

 

  • Les fusées à RP1/Oxygène. Le RP1 est du kérosène raffiné qui est lui même du diesel raffiné (on a affaire à des molécules comprenant entre 10 et 12 atomes de carbone). Grosso modo on enlève du soufre, on optimise les moteurs bien mieux que pour une voiture (Volkswagen on vous voit). ça émet quand même du CO2 et des particules (CO, NOx, HC) mais proportionnellement moins que la voiture de Monsieur- tout- le-monde (surtout pour les particules soufrées vu qu'on en retire un maximum). Les fusées Soyuz et les Falcon 9/Heavy de SpaceX fonctionnent au RP1.

 

  • Les fusées à carburant dits hypergoliques (diméthylhydrazine asymétrique (UDMH) et peroxyde d'azote pour les termes techniques). Ce sont des produits très cancérigènes. Les molécules ne contiennent pas beaucoup de carbone donc les émissions de CO2 ne sont pas très élevées. La fusée Proton ou la capsule Crew Dragon utilisent ce carburant.

 

  • Les boosters à poudre (carburant solide). Ici c'est du perchlorate d'ammonium, de l'aluminium et du polybutadiène. Comme pour le cas précédent, il n'y a pas énormément de carbone dans ces molécules. Les autres produits de combustion étant de l'acide chlorhydrique et de l'alumine. La fusée Vega utilise ce type de carburant.

 

  • Les futures fusées utiliseront du méthane et de l'oxygène. Ici on émet de l'eau et du CO2 (moins de CO2 que pour le RP1 cependant).

 

Enfin, certaines fusées utilisent une combinaison de ces moteurs comme la navette spatiale ou Ariane 5 (voir image) qui ont des boosters à poudre et un étage principal à l'hydrogène. On a aussi des cas ou l'étage supérieur à un carburant différent du premier.

Donc évidemment, cela reste de la combustion et donc dans la plupart des cas (quand du carbone est impliqué dans la réaction chimique) cela rejette du CO2 ; remettons donc cela en contexte.

 

Comparaison à d'autres secteurs

Maintenant que nous avons vu quels sont les carburants et leurs impacts, il faut voir l'impact du secteur dans les émissions humaines. Ici on s'intéresse au changement climatique, et donc aux émissions de CO2 (à noter que les émissions de vapeur d'eau, bien qu'un gaz à effet de serre, ne sont pas impactantes car la durée du surplus dans l'atmosphère est court). Supposons le cas le plus défavorable : toutes les fusées fonctionnent au RP1.

En 2019 il y a eu 105 lancements. La majorité sont des lanceurs qui pèsent entre 300 et 500 tonnes (Soyuz, Long March 3B, Falcon 9) mais il y a également des lanceurs comme Electron qui font 12.5 tonnes (qui a été tirée 6 fois).

Une fusée de 335 tonnes comme l'Atlas V emporte 284 tonnes de carburant dans son premier étage. La proportion entre l'Oxygène et le RP1 étant de 2,5:1, ça nous donne environ 80 tonnes de RP1. Pour comparaison, un avion moyen courrier type A320/737 emporte environ 18 tonnes de carburant.

Pour une fusée comme Falcon 9 Block 5, on a 418,7 tonnes de carburant soit 119,6 tonnes de RP1 soit l'équivalent d'un peu moins d'une dizaine de Boeing 737 en quantité de kérosène.

Si on considère donc que les 105 fusées lancées en 2019 étaient toutes des Falcon 9, cela correspond à la consommation de carburant d'à peu près 1000 vols moyen courriers. Or, il y a 6000 Boeing 737 en service, ces avions font tous plusieurs vols par jour, et cela ne représente qu'une partie du trafic aérien mondial. L'impact en CO2 des lancements de fusées annuels est alors totalement négligeable devant le bilan carbone de l'aviation en un jour !

Par ailleurs, les transports ne représentent "que" 14% des émissions totales équivalent CO2 (PRG à 100 ans). Dans lesquels il faut compter avions, camions, navires et voitures (pour rappel, le parc mondial automobile émet trois fois plus que le parc mondial de l'aviation).

 

Exemple d'étude

Aux USA, la FAA  (la Federal Aviation Administration) a publié une étude (disponible ici) de 200 pages sur l'impact environnemental du test d'abandon en vol de la capsule Crew Dragon qui a eu lieu le 19 Janvier 2020 (donc RP1 comme carburant pour le premier étage et carburant hypergolique pour la capsule). Y sont abordés : l'impact sur la qualité de l'air mais également l'impact sonore, l'impact sur l'eau, sur la faune et la flore ...

Concernant l'impact atmosphérique, plusieurs gaz sont étudiés (ozone, monoxyde de carbone, dioxyde de carbone). La FAA indique :

Citation

The  ambient air quality at KSC is predominantly influenced by daily operations such as vehicle traffic, utilities, fuel combustion, and standard refurbishment and maintenance operations. Other operations occurring infrequently throughout the year, including launches and prescribed fires, also play a role in air quality as occasional events

 

La qualité de l'air ambiante au Centre Spatial Kennedy est influencée de manière prédominante par les opérations journalières comme le trafic routier, le trafic utilitaire, la combustion de carburant et les opérations de maintenance. D'autres opérations ayant lieu irrégulièrement durant l'année, parmi elles les lancement de fusée, jouent aussi un rôle dans la qualité de l'air ambiant en tant qu’événements occasionnels.

 

Concernant l'impact sur le climat, la FAA indique :

Citation

There are no significance thresholds for aviation or commercial space launch GHG emissions, nor has the FAA  identified specific factors to consider in making a significance determination for GHG emissions

 

Il n'y a pas de seuil significatif pour l'emission de gaz a effet de serre provenant de lancements commerciaux [NDLR : les lancements de fusée] [...], et la FAA n'a pas identifié de facteurs spécifiques à considérer pouvant déterminer de manière significative l'emission de gaz a effet de serre. 

 


Pour conclure, oui, une seule fusée émet beaucoup plus qu'une voiture, mais il y a tellement moins de vols par an que de voitures en circulation dans le monde que les ordres de grandeur des parcs de moyens de transport dans leurs ensemble placent les fusées à un niveau insignifiant en terme de pollution. A noter que pour rappel, on a pris un cas défavorable dans l'article où toutes les fusées utilisent du RP1, ce qui n'est pas le cas dans la réalité.

 

 


Sources :

 

  • Pour les différents carburant

 

  • Pour les fusées Atlas et Delta IV Heavy :

 

 

  • Pour les fusées Falcon :

https://www.spacex.com/falcon9

 

  • La masse de carburant dans une Falcon 9 :
WWW.SPACELAUNCHREPORT.COM

 

 

  • Les lancements de 2019 :
falcon_heavy-john-kraus.jpg?fit=463%2C70
REVES-D-ESPACE.COM

Au total : 102 lancements dont 5 échecs A mi-année, les Etats-Unis étaient en tête, de 2 lancements devant la Chine (lancements étatiques et...

 

 

 


 

 

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