Les satellites artificiels restent en orbite autour de la Terre en raison de la combinaison de leur vitesse horizontale qui contrecarre la force de pesanteur, les maintenant en équilibre dynamique.
C'est grâce à la gravité de la Terre que les satellites tournent autour d'elle au lieu de filer tout droit dans l'espace. Cette force agit comme une sorte de corde invisible, attirant constamment l'objet vers notre planète. Le satellite tombe en permanence vers la Terre, mais comme il avance très vite latéralement, il rate toujours la surface. Résultat : il reste coincé sur une trajectoire courbée qu'on appelle orbite. Plus l'altitude augmente, plus l'influence de cette force diminue, ce qui change la vitesse nécessaire pour garder une orbite stable. Sans cette attraction terrestre, les satellites continueraient simplement leur course en ligne droite au lieu de tourner autour de nous.
Pour qu'un satellite tourne autour de la Terre sans s'écraser ni partir vers l'espace, il doit atteindre une certaine vitesse orbitale. En gros, il doit aller suffisamment vite pour que sa trajectoire suive la courbure de la planète. Plus simplement : la Terre attire le satellite vers elle grâce à la gravité, mais comme il avance à la bonne vitesse latéralement, il rate continuellement la planète tout en tombant vers elle. À une altitude proche de celle de la Station spatiale internationale (environ 400 kilomètres), cette vitesse nécessaire est proche de 28 000 km/h. Si le satellite ralentit trop, la gravité l'emporte et il descend vers la Terre ; s'il accélère excessivement, il risque de s'échapper. Le tout est donc de trouver la juste vitesse pour effectuer une sorte de chute perpétuelle autour de notre planète.
Les satellites restent en orbite grâce à la combinaison astucieuse de deux lois essentielles énoncées par Isaac Newton, en particulier la célèbre loi de la gravitation universelle : tout corps attire un autre corps, et plus c'est lourd ou proche, plus ça attire fort. À cela s'ajoutent les règles claires du mouvement décrites par ses trois lois du mouvement. La plus cool des trois ici, c'est sûrement celle dite de l'inertie, qui dit qu'un objet en mouvement va tranquillement continuer droit devant lui sauf si une force vient changer ça. Ces deux ensembles de lois expliquent pourquoi le satellite, lancé à bonne vitesse, continue sans cesse de "tomber" autour de la Terre sans jamais lui rentrer dedans.
L'altitude d'un satellite change pas mal de choses à son orbite. Plus il est haut, plus son orbite devient lente, parce que la gravité est plus faible là-haut. À l'inverse, les satellites à basse altitude, comme ceux en orbite basse (LEO), foncent vite autour de la Terre. Un satellite géostationnaire, placé très loin à environ 36 000 km, tourne exactement à la même vitesse que la Terre sur elle-même : il pointe toujours le même coin de la planète. C'est super pratique pour les communications ou la météo. À basse altitude (quelques centaines de kilomètres seulement), le satellite parcourt l'ensemble du globe plusieurs fois par jour, et c'est utile par exemple pour l'observation terrestre détaillée ou les photographies précises. Mais s'il est trop bas, il va rencontrer l'atmosphère résiduelle, ralentir progressivement, perdre de l'énergie et finir doucement par retomber sur Terre : d'où la nécessité d'être à l'altitude adéquate en fonction des missions.
Même si les satellites tournent gentiment autour de la Terre, plein de petites choses viennent se mêler de leur orbite. Par exemple, la résistance de l'atmosphère fait doucement ralentir certains satellites, surtout ceux qui tournent bas, ce qui les pousse progressivement vers le bas jusqu'à rentrer un jour ou l'autre brûler dans l'atmosphère. D'autres trucs, comme l'attraction du Soleil et de la Lune, tirent légèrement sur leur trajectoire. Même la Terre pose problème : elle n'est pas tout à fait sphérique, et sa masse n'est pas répartie uniformément, ce qui rend sa gravité un peu irrégulière. Résultat, les orbites bougent lentement et il faut ajuster régulièrement la trajectoire pour maintenir un satellite sur le bon chemin.
Une orbite géostationnaire correspond à une orbite circulaire à environ 35 786 km au-dessus de l'équateur terrestre. Les satellites qui s'y trouvent ont une période orbitale égale à celle de la rotation de la Terre (environ 24 heures) ce qui les fait apparaître comme immobiles dans le ciel pour un observateur terrestre.
Les satellites peuvent progressivement perdre de l'altitude en raison de facteurs perturbateurs, notamment le frottement avec les particules atmosphériques résiduelles. Si la vitesse et l'altitude diminuent suffisamment, la gravité terrestre finit par les attirer totalement vers la Terre, et le satellite finit par se désintégrer en rentrant dans l'atmosphère.
La durée en orbite d'un satellite dépend principalement de son altitude et de sa structure. Certains satellites en orbite basse restent quelques années avant de retomber progressivement sur Terre. À l'inverse, des satellites en orbite haute ou géostationnaire peuvent rester plusieurs décennies ou même bien plus longtemps.
Bien qu'en théorie, un satellite puisse rester très longtemps en orbite élevée où la friction atmosphérique est pratiquement inexistante, divers facteurs perturbateurs (effet de la Lune et du Soleil, pression solaire, collision avec débris spatiaux) empêcheront tout satellite de rester parfaitement stable éternellement sans corrections périodiques ou manœuvres spatiales.
Le choix de l'orbite dépend de la mission spécifique du satellite. Les ingénieurs prennent en compte la couverture géographique souhaitée, le type de données collectées ou transmises, les contraintes de communication, la durée de vie escomptée du satellite, et les coûts des lancements spatiaux nécessaires pour atteindre l'orbite choisie.
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Question 1/5
