Il y a dix ans, l’orbite basse comptait 2 000 satellites actifs. Aujourd’hui, ils sont près de 20 000 et jusqu’à un million pourraient suivre. Une explosion du trafic spatial qui pousse les chercheurs à réclamer des règles internationales plus strictes.

Les académies des sciences des pays membres du G7 ont fait de la gouvernance internationale de l’espace un enjeu majeur en vue du sommet des dirigeants du G7, qui se tiendra en France du 15 au 17 juin à Évian (Haute-Savoie).

L’essor fulgurant des grandes constellations de satellites au cours de la dernière décennie ouvre la perspective d’un accès quasi universel à l’Internet haut débit. Mais cette croissance s’accompagne de risques encore mal compris.

Parmi ces risques figurent la pollution du ciel nocturne, les perturbations de la recherche astronomique, l’augmentation du risque de collisions entre satellites ainsi que les dangers liés au retour sur Terre d’un grand nombre de satellites.

Notre compréhension de l’impact humain sur l’environnement spatial proche de la Terre en est aujourd’hui à un stade comparable à celui des connaissances sur le changement climatique dans les années 1990. Nous savons que l’intensification des activités humaines provoque d’importantes perturbations dans l’environnement spatial, mais nous ignorons encore si un point de bascule est sur le point d’être atteint.

Dans ce contexte, l’une des recommandations les plus importantes adressées aux États membres du G7 consiste à créer un groupe intergouvernemental sur la durabilité spatiale (IPSS).

Des impacts sur la chimie de l’atmosphère

La recherche et les connaissances sur les impacts des activités humaines dans l’espace en sont encore à un stade très précoce. Ainsi, nous ne savons pas vraiment à partir de quel moment certaines altitudes orbitales deviendront tellement encombrées de débris spatiaux qu’elles atteindront leur capacité opérationnelle maximale.

Les scientifiques ont également récemment constaté que l’augmentation du nombre de lancements de fusées à l’échelle mondiale – avec plus d’une fusée lancée chaque jour désormais – pourrait entraîner une remise en cause de la reconstitution de la couche d’ozone.

De la même manière, nous savons que les satellites qui se consument lors de leur rentrée dans l’atmosphère terrestre auront des effets importants sur la chimie de la haute atmosphère. Nous savons également que plusieurs de ces retours de satellites se produisent désormais chaque jour, mais les conséquences exactes de ce phénomène restent encore mal comprises.

Une gouvernance spatiale fragmentée

Plusieurs organismes scientifiques conseillent aujourd’hui les pouvoirs publics sur les différents enjeux liés à la durabilité de l’espace. Parmi eux figure le Comité de coordination interagences sur les débris spatiaux, chargé des questions liées à la pollution de l’environnement spatial par les débris.

Autre acteur important : le Centre pour la protection d’un ciel sombre et silencieux de l’Union astronomique internationale, qui coordonne les initiatives destinées à limiter l’impact des satellites sur l’astronomie optique et radio.

Mais il n’existe aujourd’hui aucun organisme unique capable de fournir aux gouvernements une expertise globale pour éclairer les décisions politiques et réglementaires. La situation rappelle celle de la recherche sur le changement climatique, lorsque le Groupe consultatif sur les gaz à effet de serre (AGGG), créé dans les années 1980, a progressivement laissé place au Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC).

Nous avons aujourd’hui un besoin urgent d’un groupe intergouvernemental sur la durabilité spatiale (IPSS).

Il y a dix ans, l’orbite basse terrestre comptait près de 2 000 satellites actifs ; aujourd’hui, leur nombre approche les 20 000. Ces dernières années, des gouvernements et des entreprises ont annoncé des projets pouvant conduire au lancement de jusqu’à un million de satellites supplémentaires.

Définir des seuils mondiaux

Comment cet IPSS pourrait-il être structuré pour aborder la gouvernance spatiale d’une manière comparable à celle dont le Giec a abordé le problème du changement climatique ?

L’un de ses premiers objectifs devrait être de définir des seuils mondiaux de durabilité. À l’image de la limite de 1,5 °C dans les sciences du climat, ce groupe devrait identifier les seuils au-delà desquels certaines altitudes orbitales atteignent leur capacité de charge.

Comme le Giec, un IPSS devrait s’appuyer sur plusieurs groupes de travail chargés de fournir aux décideurs des synthèses scientifiques transparentes et accessibles. L’un d’eux devrait se consacrer aux sciences physiques de l’environnement orbital. Il s’agirait notamment d’étudier l’état de l’orbite basse terrestre en tant que ressource limitée : évolution des débris spatiaux et des risques de collision, effets de la météorologie spatiale, ou encore modélisation d’un trafic spatial soutenable à l’avenir.

Un autre groupe de travail devrait se concentrer sur les impacts environnementaux et sociétaux des grandes constellations de satellites. Il pourrait évaluer l’appauvrissement de la couche d’ozone stratosphérique causé par les émissions des lancements de fusées, les effets de l’augmentation des retours de satellites dans l’atmosphère, les modifications de la chimie atmosphérique ainsi que les risques accrus d’accidents pour les populations. Il aurait également pour mission de mesurer l’impact de ces constellations sur l’astronomie au sol.

Enfin, un groupe de travail consacré aux politiques publiques et aux mesures d’atténuation pourrait jeter les bases de normes internationales claires concernant la désorbitation des satellites en fin de mission, le retrait actif des débris spatiaux et de nouvelles exigences en matière de licences prenant en compte le risque « systémique » d’une constellation, plutôt que le risque posé par chaque satellite pris individuellement.

L’empreinte du trafic spatial

L’IPSS pourrait aussi être complété par un groupe de travail consacré à l’empreinte du trafic spatial. Inspiré de la Task Force du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (Giec) sur les inventaires nationaux de gaz à effet de serre, cet organisme aurait pour mission de développer des méthodologies standardisées permettant aux États de mesurer et déclarer leur « empreinte de trafic spatial » – c’est-à-dire la pression exercée par leurs objets spatiaux sur la sécurité et la durabilité de l’orbite basse terrestre.

À l’instar du rôle joué par le Giec dans l’évaluation des modèles climatiques, l’IPSS devrait également fournir une expertise indépendante sur les affirmations concernant la désintégration contrôlée des satellites – autrement dit la manière dont les satellites sont retirés du service puis désorbités en toute sécurité. Cela impliquerait d’évaluer l’efficacité réelle des technologies de désorbitation, mais aussi notre capacité à suivre les satellites et à estimer précisément leur position.

En mettant en place dès aujourd’hui une approche internationale coordonnée, l’IPSS contribuerait à concilier les immenses promesses des activités commerciales spatiales avec les risques environnementaux qu’elles engendrent – de la même manière que le Giec pour le climat terrestre face aux activités humaines.

Peter Brown a reçu des financements du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) des États-Unis, de l’Agence spatiale européenne, de Ressources naturelles Canada et de Recherche et développement pour la défense Canada.

Les écosystèmes du monde entier évoluent rapidement sous la pression des changements globaux tels que le réchauffement du climat, les changements d’usage des terres ou les invasions biologiques, mais ce qui se passe sous terre reste encore mal compris. On sait, par exemple, que les plantes jouent un rôle central dans les « réseaux trophiques », ces ensembles d’interactions d’ordre alimentaire entre les êtres vivants d’un écosystème. Cependant, nous connaissons encore mal la manière dont les communautés végétales, les essences d’arbres d’une forêt par exemple, influencent la circulation de la matière et de l’énergie par les interactions trophiques entre organismes du sol, tels que les microbes (champignons et bactéries) et la faune détritivore, herbivore et carnivore.

Dans notre étude récente, publiée le 6 avril dans Nature, nous nous sommes penchés sur 64 forêts européennes, sur les espèces d’arbres qui s’y trouvent et sur le problème de savoir comment celles-ci influencent l’activité du réseau trophique du sol en matière de flux d’énergie au sein de celui-ci.

Nous avons découvert que les forêts dominées par des espèces d’arbres priorisant l’acquisition des ressources (eau, nutriments et lumière) et étant ainsi capables d’une croissance rapide, comme le charme commun (Carpinus betulus) ou le bouleau verruqueux (Betula pendula), présentent une activité du réseau trophique du sol plus élevée. Ces arbres fournissent, en effet, davantage de matière organique fraîche de bonne qualité nutritive et créent des microclimats plus chauds, stimulant le métabolisme des organismes du sol et accélérant des processus comme la décomposition des matières organiques et le recyclage des nutriments du sol.

À l’inverse, les forêts dominées par des espèces d’arbres priorisant la conservation des ressources, comme le pin sylvestre (Pinus sylvestris) ou l’épicéa commun (Picea abies), et dont la capacité de croissance est ainsi plus lente, présentaient une activité du réseau trophique du sol plus faible.

En d’autres termes, l’identité des espèces et leurs « traits fonctionnels » liés à leur stratégie d’allocation des ressources au sein d’une communauté d’arbres sont plus importants qu’on ne le pensait auparavant.

Étonnamment, le simple mélange de différentes espèces d’arbres n’a pas amélioré le fonctionnement du sol – et l’a même souvent légèrement réduit – malgré l’augmentation de la croissance aérienne des arbres induit par cette diversification. Ce décalage met en lumière un point essentiel : ce qui profite aux arbres en surface ne profite pas toujours au réseau trophique souterrain.

Pourquoi c’est important ?

Ces résultats ont des implications importantes pour la gestion forestière. Promouvoir la diversité des arbres à elle seule pourrait ne pas suffire à maintenir des sols sains, c’est-à-dire capables de fonctionner afin d’assurer la fourniture de multiples services bénéficiant à l’humanité. En revanche, sélectionner les espèces d’arbres en fonction de leurs traits fonctionnels, tels que leur activité métabolique ou leur capacité de croissance, pourrait s’avérer plus efficace pour préserver la vitalité des écosystèmes forestiers.

À l’avenir, le changement climatique devrait accroître la fréquence et l’intensité des sécheresses et ainsi favoriser des espèces d’arbres priorisant la conservation des ressources, car ils sont plus résistants à la mortalité par cavitation induite par le stress hydrique. Nos découvertes suggèrent que ce changement dans la composition en espèces des communautés d’arbres pourrait ralentir le fonctionnement du sol, avec des répercussions importantes pour le recyclage de la matière organique du sol, la disponibilité des nutriments et la régénération forestière. Globalement, l’étude souligne la nécessité de prendre en compte les dynamiques aériennes et souterraines dans la gestion des forêts face aux changements climatiques.

Quelles sont les suites ?

Cette recherche ouvre la voie à de multiples perspectives de recherche.

Il serait ainsi intéressant d’étudier de nouveau ces communautés d’arbres et le fonctionnement du réseau trophique du sol de ces forêts de manière répétée dans le temps, afin de suivre la dynamique temporelle conjointe des comportements aérien et souterrain en lien avec les changements globaux en cours. Ceci permettrait de mieux comprendre les liens de causalité en jeu.

Ce travail de recherche pose également des questions concernant l’importance relative pour la nutrition des organismes du sol de différentes sources d’aliments fournis à la base du réseau trophique par les plantes. Parmi celles-ci, on compte les litières, qui constituent l’apport dominant de matière végétale sous forme de feuilles, racines et tiges mortes nécessitant une décomposition pour s’en nourrir. On compte aussi les racines vivantes, qui peuvent être consommées directement par les herbivores ou les pathogènes mais apportent aussi au sol des matières organiques fraîches sous forme soluble directement accessible pour les organismes du sol par un phénomène appelé « rhizodéposition ».

Le projet SoilForEUROPE (ANR-16-EBI3-0009) est soutenu par l’Agence nationale de la recherche (ANR), qui finance en France la recherche sur projets. L’ANR a pour mission de soutenir et de promouvoir le développement de recherches fondamentales et finalisées dans toutes les disciplines, et de renforcer le dialogue entre science et société. Pour en savoir plus, consultez le site de l’ANR.

Ludovic Henneron a reçu des financements de l'ANR (Appel à projets générique 2024, projet Jeunes Chercheuses et Jeunes Chercheurs) pour le projet PLASTRAIT (Plasticité de la qualité des litières foliaires d'arbres : conséquences pour le recyclage de l'azote du sol et les interactions plantes-plantes).

Paul Kardol a reçu des financements de BiodivERsA COFUND call for research proposals, with the national funders Agence Nationale de la Recherche (ANR, France), the Belgian Science Policy Office (BELSPO, Belgium), Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Germany), the Research Foundation Flanders (FWO, Belgium), the Swedish Research Council (FORMAS, Sweden).

Stephan Hattenschwiler a reçu des financements de BiodivERsA COFUND call for research proposals, with the national funders Agence Nationale de la Recherche (ANR, France), the Belgian Science Policy Office (BELSPO, Belgium), Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Germany), the Research Foundation Flanders (FWO, Belgium), the Swedish Research Council (FORMAS, Sweden) et du programme exploratoire français (France 2030) FairCarboN (ANR-22-PEXF-0001).

David Wardle ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

Derrière l’apparente simplicité d’une prise électrique ou d’une borne de recharge se cache pourtant une machinerie complexe, dont l’équilibre doit être maintenu en permanence. L’enjeu est de taille : garantir un approvisionnement fiable tout en poursuivant les objectifs de décarbonation – la France vise une neutralité carbone à l’horizon 2050.

Le 28 avril 2025, l’Espagne et le Portugal ont connu des perturbations majeures de leur réseau électrique, entraînant une coupure de plusieurs dizaines d’heures de la fourniture d’électricité affectant des millions de personnes. La France, pourtant interconnectée avec la péninsule ibérique, a été très peu touchée grâce à l’activation de mécanismes de protection du réseau français. En isolant ainsi les systèmes électriques, ces dispositifs ont permis d’éviter la propagation des perturbations aux pays voisins.

Cet épisode n’est pas un incident isolé : il illustre les défis croissants auxquels sont confrontés les systèmes électriques modernes. Ceux-ci doivent aujourd’hui répondre à plusieurs transformations simultanées : l’essor des énergies renouvelables, l’électrification croissante des usages (transports, chauffage, industrie), l’augmentation des échanges transfrontaliers d’électricité, mais aussi le vieillissement de certaines infrastructures électriques. Cela nécessite un changement profond des infrastructures existantes, tout en développant de nouveaux modes de gestion du réseau électrique, afin d’assurer en permanence l’équilibre entre production et consommation.

La bonne nouvelle est que plusieurs solutions pour assurer la stabilité du réseau progressent rapidement. Batteries, hydrogène, pilotage numérique de la consommation ou encore onduleurs intelligents permettent de rendre les réseaux électriques plus robustes et plus flexibles.

Le défi consiste désormais à déployer ces technologies à grande échelle et de manière coordonnée afin d’intégrer davantage d’énergies renouvelables tout en assurant une alimentation électrique fiable.

Les fondements de la stabilité du réseau

Pour comprendre pourquoi un réseau électrique peut devenir instable, il faut se familiariser avec quelques concepts clés. Un réseau électrique fonctionne comme un vaste système synchronisé. Pour garantir un fonctionnement fiable, plusieurs grandeurs doivent rester dans des plages très précises.

La fréquence, par exemple, doit être maintenue autour de 50 Hz (c’est-à-dire 50 oscillations par seconde) en Europe. Elle reflète en temps réel l’équilibre entre production et consommation : si la demande dépasse l’offre, la fréquence baisse ; à l’inverse, elle augmente en cas de surplus. Des écarts trop importants peuvent endommager les équipements électriques ou provoquer la déconnexion des moyens de production de l’énergie électrique.

La tension, elle aussi, doit rester stable pour assurer le bon fonctionnement des appareils électriques (installations de production d’électricité, appareils de consommation électrique ou infrastructures de réseau). Par vulgarisation, elle peut être vue comme une force qui met en mouvement les électrons dans un réseau. À l’image de la pression dans une canalisation, elle permet au courant de circuler : sans différence de tension, aucun flux n’est possible. Des variations locales peuvent apparaître en raison de déséquilibres entre production et consommation, notamment dans des zones fortement équipées en production décentralisée – c’est-à-dire des installations produisant de l’électricité au plus près des consommateurs, comme les panneaux photovoltaïques installés sur des toits de particuliers ou de bâtiments.

Un autre élément clé est l’inertie du système. Historiquement, les grandes centrales thermiques ou nucléaires, équipées de turbines lourdes, stabilisaient naturellement la fréquence grâce à leur inertie mécanique. En revanche, les énergies renouvelables (éolien, photovoltaïque) connectées via des « onduleurs » apportent beaucoup moins d’inertie, ce qui rend le réseau plus sensible aux perturbations et aux variations rapides de production ou de consommation.

Enfin, la congestion du réseau survient lorsque certaines lignes électriques atteignent leur capacité maximale. Avec le développement rapide des énergies renouvelables et l’électrification croissante des usages, les flux d’électricité sur les réseaux évoluent fortement et deviennent plus variables. Ces nouvelles configurations, associées à une production souvent décentralisée et à des évolutions plus lentes des infrastructures de transport et de distribution, rendent ces contraintes de congestion plus fréquentes.

Une transition qui complexifie l’équilibre

La transition énergétique repose sur une électrification accrue des usages et sur une production plus décentralisée et variable, qui rendent toutes les deux le pilotage du réseau plus complexe.

Contrairement aux centrales traditionnelles de production d’électricité, les énergies renouvelables ne sont pas pilotables à volonté : elles dépendent des conditions météorologiques. Cette variabilité introduit des fluctuations rapides et parfois imprévisibles dans le système.

Par ailleurs, l’essor de millions de petites unités de production (comme les panneaux solaires installés sur les toits) transforme profondément le réseau électrique, qui avait été historiquement conçu pour faire circuler l’électricité dans un seul sens, des grandes centrales vers les consommateurs.

Mais ce changement ne concerne pas seulement la production. La manière de consommer l’électricité évolue aussi fortement comme les véhicules électriques en pleine expansion. L’électricité est utilisée de plus en plus massivement et de façon parfois plus variable au cours de la journée.

En d’autres termes, le défi n’est donc pas uniquement lié à la production, mais à l’équilibre permanent entre une offre plus fluctuante et une demande qui augmente et se transforme. C’est cet équilibre global qui rend aujourd’hui la gestion du réseau électrique plus complexe.

Les solutions émergentes

Face à ces défis, de nombreuses solutions technologiques et organisationnelles sont en cours de développement.

Le stockage de l’énergie joue un rôle central. Par exemple, les batteries permettent de répondre rapidement aux fluctuations de court terme, en injectant ou en absorbant de l’électricité en quelques secondes. Elles sont particulièrement utiles pour stabiliser la fréquence, donc l’équilibre entre la demande et l’offre.

Plusieurs technologies répondent à différents besoins : les batteries lithium-ion, très répandues, offrent une forte densité énergétique et une réponse rapide ; les batteries au lithium-fer-phosphate sont plus sûres et durables, idéales pour un usage longue durée ; les batteries au plomb-acide, plus anciennes, restent robustes et économiques pour certaines applications stationnaires. D’autres solutions émergentes, comme les batteries à flux redox, permettent de stocker de grandes quantités d’énergie pendant plusieurs heures ou jours, tandis que les batteries sodium-ion promettent une alternative moins coûteuse et plus écologique aux batteries lithium-ion.

À plus long terme, l’hydrogène offre des perspectives intéressantes. Il peut être produit à partir d’électricité excédentaire grâce à l’électrolyse de l’eau, puis stocké pour être reconverti en électricité via une pile à combustible lorsque le réseau en a besoin. Bien que cette chaîne de conversion soit moins efficace que celle des batteries et consomme davantage d’énergie, l’hydrogène permet de gérer des déséquilibres sur des périodes plus longues, par exemple lorsque le soleil ou le vent ne produisent pas suffisamment d’électricité pendant plusieurs heures ou plusieurs jours.

La flexibilité de la demande constitue un autre levier prometteur. Grâce aux technologies numériques (internet des objets (IoT), compteurs intelligents, plates-formes de gestion de l’énergie), certains usages électriques peuvent être décalés dans le temps pour s’adapter à la disponibilité de l’électricité. Par exemple, la recharge des véhicules électriques ou le fonctionnement de certains procédés industriels peuvent être optimisés en fonction des conditions du réseau.

Enfin, le développement des onduleurs intelligents permet d’intégrer davantage d’énergies renouvelables tout en maintenant la stabilité. Dans le mode « grid-following », ces onduleurs synchronisent leur production avec la fréquence et la tension existantes du réseau, ce qui évite de perturber l’équilibre et rend le système plus résilient. Des modes plus avancés, comme le « grid-forming », permettent même à certains onduleurs de créer et stabiliser eux-mêmes la fréquence du réseau, ce qui est particulièrement utile pour les microréseaux ou les zones très décentralisées.

Damien Guilbert a reçu des financements de l'agence nationale de la recherche (ANR) et de la région Normandie.