Dans la bande de ciel située entre environ 150 et 300 kilomètres (93 à 186 miles) au-dessus de la Terre, l’atmosphère est à la fois l’ennemie et la solution. Elle est assez dense pour entraîner n’importe quel satellite vers le bas en quelques semaines si l’on n’y prend garde, ce qui explique que presque personne n’y opère. Mais ce même air raréfié pourrait servir de carburant : un moteur qui capte les molécules atmosphériques et les éjecte à grande vitesse pourrait maintenir un engin spatial à cette altitude indéfiniment, sans aucun réservoir de propergol. La start-up espagnole Kreios Space a annoncé le 4 août qu’elle construit le premier satellite conçu pour faire exactement cela.
Ce concept, baptisé propulsion électrique à air, est testé depuis près d’une décennie dans des chambres à vide au sol. Personne ne l’a encore fait voler en orbite. Kreios, basée à Nigrán, dans le nord-ouest de l’Espagne, prévoit d’être la première, en partenariat avec le fabricant lituanien de plateformes satellitaires Kongsberg NanoAvionics. La mission n’a pas de date de lancement ferme. L’entreprise cite 2027 comme objectif indicatif, tandis que SpaceNews a évoqué 2028, mais le plan technique est concret : un microsatellite d’environ 200 kilogrammes sur la plateforme MP42 de NanoAvionics, embarquant un propulseur à plasma hélicon alimenté par une prise d’air passive, volant à une altitude comprise entre environ 150 et 300 kilomètres.
Comment respirer dans l’espace
À la vitesse orbitale, environ 7,8 kilomètres par seconde (17 400 mph) à ces altitudes, un engin spatial percute le gaz atmosphérique résiduel, composé surtout d’azote et d’oxygène moléculaires, l’oxygène atomique dominant au-dessus d’environ 160 kilomètres. Une prise d’air en forme d’entonnoir, placée sur la face avant du satellite, capture une partie de ces molécules et les guide, sans vannes ni pièces mobiles, dans le canal du propulseur. Là, une puissance radiofréquence émise par une antenne hélicon ionise le gaz, et des champs électromagnétiques accélèrent le plasma ainsi formé vers l’arrière, à une vitesse bien supérieure à celle de son arrivée.
Le jet d’échappement dépasse la vitesse orbitale, si bien que le propulseur produit une poussée nette alors même que le gaz qu’il éjecte a été collecté dans le milieu même qui cause la traînée. L’énergie provient de panneaux solaires. Le propergol est gratuit, illimité et présent partout le long de l’orbite. Le satellite se ravitaille en continu, à chaque seconde, aussi longtemps que son matériel tient.
Le défi central est que le propergol atmosphérique est moins performant que les gaz nobles habituellement utilisés en propulsion électrique. Le xénon s’ionise facilement et efficacement ; l’azote et l’oxygène sont plus difficiles à ioniser et gaspillent de l’énergie en excitation rotationnelle et vibrationnelle. Des mesures au sol d’un propulseur comparable fonctionnant à l’azote ont relevé une poussée d’environ 5,7 millinewtons pour un rendement anodique de 5,4 %, contre 12,6 millinewtons et 26,3 % au xénon. Les moteurs à air doivent surmonter ce handicap, ainsi que la traînée de la prise d’air elle-même, et rester malgré tout plus avantageux que le simple fait d’emporter son carburant.
Une décennie de travaux au sol
La preuve de concept du domaine vient de l’Agence spatiale européenne (ESA) et du fabricant italien SITAEL. En mars 2018, l’ESA a annoncé le premier allumage au monde d’un propulseur électrique à air dans une chambre à vide simulant les conditions régnant à 200 kilomètres d’altitude : un propulseur à effet Hall à double étage, équipé d’une prise d’air construite en Pologne, s’est allumé d’abord au xénon, puis avec un mélange azote-oxygène, et enfin avec le seul propergol atmosphérique. Les ingénieurs ont vu le panache passer du bleu au violet à mesure que le gaz changeait, la confirmation visuelle que le moteur pouvait fonctionner à l’air. Le système RAM-EP a atteint le niveau de maturité technologique 4, validé en laboratoire mais pas dans l’espace. Le satellite GOCE de l’ESA, qui avait volé à environ 250 kilomètres pendant quatre ans, avait dû embarquer 40 kilogrammes (88 livres) de xénon, ce qui l’avait limité ; un successeur à air ne connaîtrait pas cette contrainte.
Kreios a été fondée en 2021 par le directeur général Adrián Senar et cinq camarades de promotion en ingénierie aérospatiale de l’École polytechnique de Catalogne. L’entreprise a développé trois générations de propulseurs, K-1, K-2 et K-3, avec des essais sous vide de la prise d’air et du moteur, et a levé 8 millions d’euros (environ 9,2 millions de dollars) en financement d’amorçage en 2025.
Pourquoi se battre pour l’orbite la plus basse
L’orbite terrestre très basse offre ce qu’aucune autre altitude ne peut offrir. La résolution d’imagerie s’améliore à mesure que le point d’observation descend : être plus près du sol signifie des images plus nettes avec des optiques plus petites et moins chères, jusqu’à un détail d’environ 10 centimètres pour l’observation de la Terre. La latence des communications tombe à moins de 10 millisecondes dans un sens, contre environ 300 millisecondes depuis l’orbite géostationnaire. L’exposition aux radiations est de 50 à 80 % inférieure à celle des orbites plus hautes, ce qui compte pour l’électronique et pour toute future infrastructure habitée. Et lorsqu’un satellite arrive en fin de vie, la traînée atmosphérique le fait sortir d’orbite en quelques mois, réglant le problème des débris qui mine les altitudes plus élevées.
Kreios affirme que l’exploitation durable à ces altitudes peut coûter à peu près autant que l’exploitation à 500 kilomètres, une fois la masse de propergol retirée du budget de lancement. Son satellite de démonstration embarquerait aussi, comme charge utile commerciale, un instrument capable de capturer des images en lumière visible et en proche infrarouge à une résolution inférieure au mètre.
Les questions en suspens
Aucun propulseur à air n’a encore fonctionné dans l’espace, et le passage de la chambre à vide à la réalité orbitale est un grand pas. L’atmosphère entre 150 et 300 kilomètres n’est pas constante : sa densité varie avec l’activité solaire, l’heure de la journée et la latitude, si bien que la prise d’air doit composer avec une alimentation en carburant qui change en permanence. L’oxygène atomique, espèce dominante dans la partie haute de la bande, est particulièrement corrosif pour les matériaux des engins spatiaux. Et le système intégré, prise d’air, propulseur, alimentation électrique et contrôle d’attitude compris, doit fonctionner comme un tout dans des conditions de vol réelles.
Les concurrents font déjà mouvement : deux satellites expérimentaux chinois opèrent à moins de 300 kilomètres, et d’autres acteurs, dont Viridian Space aux États-Unis, le laboratoire de propulsion de l’ESA lui-même et Orbitt Space en Inde, travaillent sur des concepts à air. La revendication de premier arrivé est donc une question de calendrier et de définition. Ce qui n’est pas contesté, c’est l’enjeu : un système de propulsion qui transforme le ciel lui-même en carburant et, avec lui, un accès permanent à un régime d’altitude qui, jusqu’à présent, n’était pour les satellites qu’un lieu de passage sur le chemin de la descente.
Traduit par Lydie
Sources:
- Space.com, “Exploring very low Earth orbit: The world’s 1st air-breathing satellite thruster could soon get a test run” (Aug 9, 2026): https://www.space.com/space-exploration/satellites/exploring-very-low-earth-orbit-the-worlds-1st-air-breathing-satellite-thruster-could-soon-get-a-test-run
- SpaceNews, “Kreios Space to fly VLEO demonstration in NanoAvionics bus” (Aug 4, 2026): https://spacenews.com/kreios-space-to-fly-vleo-demonstration-in-nanoavionics-bus/
- ESA, “World-first firing of air-breathing electric thruster” (2018): https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/World-first_firing_of_air-breathing_electric_thruster
- SITAEL, RAM-EP system test results: https://www.sitael.com/sitael-space-has-successfully-tested-ram-ep-system/
- Aviation Week, “Kreios Space plans air-breathing electric propulsion demo” (Aug 4, 2026): https://aviationweek.com/space/commercial-space/kreios-space-plans-air-breathing-electric-propulsion-demo
- CORDIS (EU), “New orbits are on the horizon with air-breathing engines”: https://cordis.europa.eu/article/id/451370-new-orbits-are-on-the-horizon-with-air-breathing-engines