La longévité du télescope spatial James Webb est limitée par la quantité de carburant qu’il embarque. Pourtant, il a aussi des panneaux solaires. Pourquoi ne sont-ils pas plutôt mis à contribution pour maintenir l’orbite de JWST ?

Le télescope James Webb sera peut-être en mesure de fonctionner plus longtemps qu’une dizaine d’années. Son lancement a été si parfait que le JWST pourrait disposer d’assez de carburant pour être opérationnel pendant 20 ans. Cela reviendrait donc à quadrupler sa durée de vie initiale : la mission de l’observatoire est prévue pour durer au moins 5 ans (sans compter les premiers mois de sa mise en service).

Mais pourquoi James Webb est-il ainsi limité par son carburant ? Après tout, il embarque des panneaux solaires. On aurait pu imaginer qu’il les utilise pour produire toute l’énergie dont il a besoin, comme le fait Hubble. Néanmoins, les deux engins ne fonctionnent pas de la même manière. Le JWST, tributaire de son carburant, n’évoluera pas en orbite terrestre basse comme Hubble. Il sera à 1,5 million de kilomètres de notre planète, en orbite autour du Soleil.

Les panneaux solaires du JWST lors d'un test de leur déploiement en 2019. // Source : Northrop Grumman via Flickr (photo recadrée)
Les panneaux solaires du JWST lors d’un test de leur déploiement en 2019. // Source : Northrop Grumman via Flickr (photo recadrée)

Effectivement, pas besoin de carburant pour Hubble

« L’orbite du télescope spatial Hubble n’est pas contrôlée, explique à Numerama Olivier La Marle, responsable du programme Sciences de l’Univers au Cnes. Il redescend très lentement. À chaque ‘Servicing Mission’ [ndlr : mission de maintenance] avec la navette spatiale, la Nasa en profitait pour remonter son orbite. Ce n’est donc plus le cas depuis la dernière en 2009, mais il a de la marge, à une altitude d’environ 547 kilomètres. »

Le JWST, lui, est actuellement en chemin vers sa localisation finale. D’ici la fin du mois de janvier 2022, il devrait arriver vers le point de Lagrange L2, qui se trouve dans l’alignement de la Terre et du Soleil. James Webb ne sera pas positionné exactement au niveau du point L2, mais en orbite autour de lui (il bouclera une orbite autour de ce point tous les 6 mois). De cette façon, l’observatoire se trouvera toujours hors de l’ombre de la Terre et de la Lune — contrairement à Hubble, qui entre et sort de l’ombre terrestre toutes les 1h30.

Mais impossible de se passer du carburant pour le JWST

Pour James Webb, aucune mission de maintenance n’est donc envisageable. « Il faut du carburant au JWST, confirme Olivier La Marle, comme à quasiment tous les autres satellites que Hubble. Il n’est pas possible de s’en passer : pour produire une accélération dans l’espace sans aucune force extérieure, tout engin doit expulser de la matière dans la direction opposée. » C’est ainsi que James Webb pourra rester sur son orbite autour du point de Lagrange L2.

Par conséquent, « la durée de vie est limitée par la quantité de carburant utilisée pour maintenir l’orbite », résume la Nasa dans une foire aux questions, puisque l’observatoire ne peut pas emporter une quantité infinie de carburant — il a été rempli avec 168 kilogrammes d’hydrazine et 133 kilogrammes de peroxyde d’azote, qui seront utilisés ensemble.

Quant aux panneaux solaires, fixés sur le côté de la plateforme de l’observatoire, ils assurent effectivement la production d’énergie électrique pour James Webb. De cette façon, tous les systèmes sont alimentés en permanence. Le rôle des panneaux solaires est d’alimenter les instruments scientifiques et de rendre possibles les communications.

Mais ils n’auraient pas pu jouer le même rôle que le carburant, assure Olivier La Marle. « Ils sont parfois utilisés pour faire tourner les satellites sur eux-mêmes (en faisant office d’ailes de moulin face à la pression de radiation solaire), mais rarement (c’est un effet très faible) », détaille l’expert.

Et pourquoi ne pas utiliser le principe de la voile solaire ?

Comme les panneaux solaires, elle n’est pas adaptée à James Webb. Ce télescope « a essentiellement besoin d’un ‘coup de frein’ à l’arrivée à L2, qu’une voile serait incapable de fournir, et que la propulsion chimique va permettre à relativement peu de coûts et de carburant. De plus, une voile représenterait un surplus de masse important », conclut Olivier La Marle.