Vantablack dans l’espace : un revêtement ultra-noir pourrait assombrir les satellites et sauver le ciel nocturne
Image à la une : L’observatoire Vera C. Rubin au Chili, dont les relevés pourraient voir jusqu’à 40 % de leurs images dégradées par les traînées de satellites. Crédit : Rubin Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/H.
Le nombre de satellites actifs en orbite terrestre basse approche les 20 000, avec des propositions pour pas moins de 1,7 million d’engins spatiaux dans les années à venir. Chacun d’eux réfléchit la lumière du soleil, produisant des traînées lumineuses sur les images astronomiques et ajoutant une lueur artificielle au ciel nocturne qui menace d’effacer la faible lumière des galaxies lointaines.
Une nouvelle étude publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society propose l’une des solutions les plus pratiques à ce jour : recouvrir les satellites d’une peinture ultra-noire qui ne réfléchit que 2 % de la lumière incidente et peut être pulvérisée par les ingénieurs dans leurs propres installations.
Le revêtement, le Vantablack 310, est produit par Surrey NanoSystems, une spin-off de l’Université de Surrey. Contrairement au Vantablack original, qui utilisait de délicates forêts de nanotubes de carbone cultivées en salles blanches, le Vantablack 310 est une peinture pulvérisable à base de noir de carbone, suffisamment résistante pour supporter la manipulation, les vibrations de lancement et au moins trois ans en orbite.
« Les constellations de satellites offrent d’énormes avantages, mais leur luminosité croissante pose un défi pour l’astronomie au sol », a déclaré James Whitfield, scientifique applicatif chez Surrey NanoSystems, dans un communiqué de presse. « Le Vantablack 310 combine des performances ultra-noires sur une large gamme d’angles de vision avec la durabilité nécessaire pour l’orbite terrestre basse. »
Pourquoi la luminosité des satellites est importante
Le problème ne se limite pas aux traînées visibles qui traversent les images des télescopes. Les constellations de satellites augmentent également la luminosité diffuse globale du ciel nocturne, rendant plus difficile la détection des objets astronomiques faibles. L’observatoire Vera C. Rubin au Chili, dont le Legacy Survey of Space and Time de 10 ans cataloguera tout, des astéroïdes géocroiseurs aux supernovas transitoires, est particulièrement vulnérable. Les astronomes estiment que les constellations de satellites pourraient dégrader jusqu’à 40 % des images de Rubin.
Les satellites Starlink ont actuellement une magnitude de 3 à 5, visibles à l’œil nu sous un ciel sombre. L’Union astronomique internationale a recommandé des limites de luminosité pour les satellites qui les rendraient largement invisibles sans aide optique. Le Vantablack 310, calculent les chercheurs, rapproche les satellites de cet objectif.
L’étude dirigée par Astha Chaturvedi, chercheuse postdoctorante à l’Université de Surrey, a testé le Vantablack 310 sous différents angles d’éclairage en laboratoire, simulant l’apparence d’un satellite revêtu lorsqu’il se déplace dans le ciel. Le revêtement maintient ses performances optiques pour tous les angles d’incidence, évitant les reflets et éclats lumineux qui affectent les surfaces polies des satellites. La lumière qui n’est pas absorbée est diffusée de manière diffuse, éliminant les réflexions spéculaires qui produisent les éclaircissements les plus visibles.
Des nanotubes de carbone à la peinture pulvérisable
Le Vantablack original, dévoilé en 2014, absorbait 99,96 % de la lumière incidente. C’était le matériau le plus noir jamais créé, mais il était également fragile. Les structures de nanotubes de carbone s’effondraient au toucher et nécessitaient un dépôt chimique en phase vapeur contrôlé dans des installations spécialisées. Il était inadapté à la production de masse de satellites.
Le Vantablack 310 échange une petite partie de ses performances d’absorption contre une praticité considérablement améliorée. Avec un taux de réflectance d’environ 2 %, il reste bien plus sombre que les peintures spatiales conventionnelles, qui réfléchissent généralement environ 5 % de la lumière incidente. Mais contrairement à l’original, il peut être appliqué par les fabricants de satellites eux-mêmes à l’aide d’équipements de pulvérisation conventionnels.
La série 310 résout également le problème de gestion thermique qui a entravé les premières tentatives de SpaceX pour assombrir les satellites Starlink. Le revêtement DarkSat de SpaceX provoquait une surchauffe car la peinture absorbait la lumière solaire sans rayonner efficacement la chaleur. Les liants propriétaires du Vantablack 310 augmentent à la fois l’absorptivité et l’émissivité, rapprochant la surface revêtue de l’équilibre thermique à environ 5 degrés Celsius à 1 unité astronomique.
Lors des tests de durabilité simulant trois ans en orbite, le Vantablack 310 a montré une dégradation négligeable. Les peintures spatiales concurrentes, ont rapporté les chercheurs, se sont « complètement érodées » dans les mêmes conditions simulées.
Jovian-1 : le test orbital
La prochaine étape est une démonstration en vol réelle. Le CubeSat Jovian-1, une mission menée par des étudiants des universités de Surrey, Portsmouth et Southampton, emportera une section de son panneau solaire revêtue de Vantablack 310. Le satellite tournera tandis que des télescopes au sol mesureront sa luminosité sous plusieurs angles.
Chaturvedi prévoit de présenter les résultats de l’équipe à l’Atelier 2026 des Nations Unies sur les cieux sombres et silencieux à Vienne, où des recommandations politiques pour la réglementation de la luminosité des satellites sont en cours d’élaboration. L’étude a été co-écrite par des chercheurs de Surrey NanoSystems et de l’Institut de technologie avancée de l’Université de Surrey.
« Le ciel nocturne est l’une des plus anciennes fenêtres de l’humanité sur l’Univers, mais il devient de plus en plus difficile d’y voir quoi que ce soit », a déclaré Chaturvedi. « Nos résultats montrent que des choix de matériaux relativement simples pourraient faire une différence significative dans la façon dont les satellites affectent les observations astronomiques, sans nécessiter de modifications majeures de la conception des missions. »
Dr. Noelia Noël, maître de conférences en astrophysique à l’Université de Surrey, a mis en perspective l’urgence du problème : « Au cours des cinq dernières années, l’humanité a lancé plus de satellites dans l’espace qu’au cours des 60 années précédentes. »
La question de savoir si les opérateurs de satellites adopteront volontairement le revêtement reste ouverte. Le Vantablack 310 ajoute du coût et de la masse à la production des satellites, et les plus grands opérateurs ont montré un enthousiasme limité pour les mesures d’atténuation au-delà de ce qu’exigent les régulateurs. Mais l’étude apporte ce qui manquait jusqu’à présent au débat : un revêtement testé, disponible dans le commerce et qualifié pour l’espace, qui pourrait réduire significativement les pires effets de la pollution lumineuse des satellites sans reconcevoir les satellites eux-mêmes.
Traduit par Lydie