Une rentrée raccourcie a divisé par dix les éclats du bouclier d’Orion

Sur le bouclier thermique qui a ramené les quatre astronautes d’Artemis II le 10 avril, les ingénieurs de la NASA ont compté neuf endroits où la croûte carbonisée s’est arrachée. Le bouclier d’Artemis I, revenu sans équipage le 11 décembre 2022, en portait 103. L’agence spatiale américaine a publié ces chiffres le 15 octobre, dans son analyse détaillée du vol : fissures et pertes de matière ont été divisées « par un facteur dix ». Pour la NASA, c’est la preuve que la parade choisie en 2024, raccourcir la rentrée plutôt que changer de bouclier, a fonctionné.

L’enjeu dépassait la technique. Artemis II, partie de Floride le 1^er avril, était le premier vol habité vers la Lune depuis plus de cinquante ans, et la tenue du bouclier faisait débat avant le départ de Reid Wiseman, Victor Glover, Christina Koch et du Canadien Jeremy Hansen.

Un matériau fait pour brûler, mais pas pour éclater

Le bouclier d’Orion, la capsule du programme Artemis, est un disque de 186 blocs d’Avcoat, un matériau dit ablatif : en revenant de la Lune à 39 fois la vitesse du son, la capsule subit à l’extérieur plus de 4 000 °F (environ 2 200 °C), et la surface du bouclier se consume volontairement, couche après couche, en emportant cette chaleur. Elle laisse derrière elle une croûte noircie, le « char ». Normalement, cette croûte s’use de façon régulière. Sur Artemis I, elle est partie par morceaux.

La NASA en a donné la cause le 5 décembre 2024, après 121 essais répartis en huit campagnes. Tout tient à la manière de rentrer. Orion pratique une rentrée « en ricochet » : la capsule plonge dans le haut de l’atmosphère pour freiner, se sert de sa portance pour en ressortir, puis replonge pour la descente finale sous parachutes. Cette manœuvre allonge la distance qu’elle peut parcourir jusqu’au point d’amerrissage dans le Pacifique, ce qui donne de la souplesse.

Entre les deux plongées, le chauffage diminue, mais la chaleur continue de s’accumuler dans l’épaisseur de l’Avcoat. Le matériau produit alors des gaz, ce qui est normal pour un bouclier ablatif. Ce qui ne l’était pas : l’Avcoat d’Artemis I n’était pas assez perméable pour les laisser s’échapper. « La pression interne a augmenté et entraîné des fissures et une perte inégale de la couche externe », résume l’agence. Ses ingénieurs avaient reproduit le phénomène dans les souffleries à arc du centre Ames, en Californie, où un arc électrique chauffe un jet de gaz à des températures proches de celles d’une rentrée.

Le vol de 2022 n’avait pas mis la capsule en danger : la température de la cabine était restée stable, autour de 24 °C, et la NASA estime que des astronautes à bord « auraient été en sécurité ». Mais un bouclier qui perd des morceaux de façon imprévue laisse moins de marge pour le vol suivant.

Le pari : même bouclier, retour plus court

Plutôt que de refaire le bouclier déjà prévu pour Artemis II, la NASA a décidé en décembre 2024 de le garder et de modifier la trajectoire. Concrètement, elle a raccourci la distance maximale que la capsule pouvait parcourir entre son entrée dans l’atmosphère et l’amerrissage. Selon les analyses faites avant le vol, cela limitait le temps passé par le bouclier dans la plage de températures où le phénomène d’Artemis I s’était produit.

Personne ne promettait un bouclier intact. « On verra peut-être un peu de perte de matière carbonisée, ce n’est donc pas zéro. Mais pas dans les proportions d’Artemis I, parce que nous avons changé la trajectoire », expliquait Howard Hu, responsable du programme Orion, dans un article de National Geographic publié le 9 avril, veille du retour.

Le choix avait ses détracteurs. Charles Camarda, ancien astronaute de la navette et spécialiste des protections thermiques, jugeait, selon le même article, que la NASA ne comprenait pas vraiment la cause du problème, faute d’avoir employé « une analyse multiphysique intégrée et validée », c’est-à-dire un modèle qui reproduise ensemble la chaleur, les gaz et la mécanique du matériau. Selon lui, la culture qui avait produit les accidents de la navette, puis l’incident de Starliner, a « conduit à la mauvaise décision de lancement », et il aurait voulu une revue ouverte à davantage de chercheurs extérieurs, du ministère américain de l’Énergie ou des universités. Un autre ancien astronaute, Danny Olivas, qui avait examiné l’enquête de la NASA aux côtés de Camarda, partageait ses doutes ; il lui donne toujours raison sur les limites de la compréhension physique du phénomène, mais s’est rangé aux conclusions de l’agence, en soulignant qu’il avait eu « carte blanche pour aller où [il voulait], tout voir, et faire faire des essais indépendants ».

Ce que montre le bouclier d’Artemis II

La rentrée a été précise : Orion a abordé l’atmosphère à 192 pieds (59 mètres) du point d’entrée visé, puis a amerri au large de San Diego. Dès l’amerrissage, des plongeurs de l’US Navy ont photographié le bouclier ; les premières inspections, rendues publiques le 20 avril, ne relevaient « aucune condition inhabituelle » et des pertes de matière « nettement réduites, en nombre comme en taille ».

L’analyse du 15 octobre précise le bilan. Le comportement aérodynamique et thermique de la capsule correspond aux prévisions tirées des calculs et des essais au sol. Les neuf zones de perte sont « de tailles variables », sans plus de détail. Les joints entre les blocs d’Avcoat et la protection autour des boulons qui relient la capsule au module de service se sont comportés comme sur Artemis I. L’arrière de la capsule, couvert de 1 300 tuiles céramiques, ne montre aucun signe de surchauffe, y compris autour des hublots, des évents, des propulseurs et de l’écoutille.

La photo des deux boucliers côte à côte rend la différence visible : de longues traînées et des zones creusées à gauche, une surface plus régulière à droite.

L’usure du matériau n’est pas encore chiffrée

Compter des zones abîmées ne dit pas tout. La donnée qui manque est la récession, c’est-à-dire l’épaisseur d’Avcoat consumée pendant la rentrée. Les équipes ont scanné au laser la surface du bouclier après le vol et comparent ces relevés à ceux d’avant le départ ; le résultat sera ensuite confronté aux prévisions. La NASA ne l’a pas encore publié.

Le bouclier a aussi quitté la Floride pour le centre Marshall, en Alabama, où des échantillons sont prélevés et radiographiés depuis août. Ces analyses doivent servir « au développement et à la fabrication » des boucliers à venir. Ni leur calendrier ni la taille des neuf zones ne sont publics à ce jour.

C’est là que l’argument de Charles Camarda garde sa portée. Un vol réussi montre que la trajectoire modifiée a suffi cette fois ; il ne remplace pas un modèle capable de prédire le comportement du matériau dans d’autres conditions. La NASA, elle, a déjà modifié la fabrication de l’Avcoat pour la suite.

Artemis III volera avec un bouclier modifié

Après l’enquête sur Artemis I, la fabrication de l’Avcoat a été modifiée, à l’usine d’assemblage de la NASA à Michoud, pour obtenir des blocs « uniformes et d’une perméabilité constante », capables de laisser passer les gaz. En juin, l’agence indiquait que les blocs avaient été contrôlés un à un par ultrasons avant leur pose. Le nouveau bouclier a été fixé sur la capsule d’Artemis III début juillet, au centre Kennedy ; la capsule et son module de service ont été réunis fin juillet, puis mis sous tension pour la première fois.

Artemis III, prévue en 2027, n’ira pas vers la Lune. Randy Bresnik (commandant), Luca Parmitano (pilote, de l’Agence spatiale européenne), Andre Douglas et Frank Rubio resteront en orbite basse autour de la Terre, où ils doivent s’amarrer à des versions d’essai de l’un ou des deux atterrisseurs lunaires que développent Blue Origin et SpaceX. Le premier alunissage habité du programme est prévu avec Artemis IV, en 2028, au pôle Sud de la Lune. Le nouvel Avcoat sera donc éprouvé d’abord lors d’une rentrée depuis l’orbite terrestre, avant un retour de la Lune, au plus tôt avec Artemis IV.

La NASA doit faire le point sur Artemis III et sur le calendrier du retour sur la Lune le vendredi 23 octobre à 20 h, heure de Paris, avec son administrateur, Jared Isaacman.

Les citations en anglais sont traduites par la rédaction.