Economic analysis of earth orbital exploitation

Analyse économique de l'exploitation de l'orbite terrestre Avec l'avènement de la nouvelle ère spatiale, le nombre de lancements annuels de satellites a fortement augmenté, exacerbant ainsi la problématique des débris spatiaux. D'un côté, les services rendus par les satellites viennent structurer bon nombre d'applications nécessaires à notre économie moderne. De l'autre, l'orbite terrestre, toujours plus exploitée, voit son stock de débris croître, menaçant ainsi de collisions un nombre toujours plus grand de satellites ; qui augmenteraient à leur tour ce nuage de pollution matériel. À plus long terme, ces débris pourraient faire peser un tel coût sur le secteur spatial que l'économie mondiale pourrait en être significativement affectée. Plus largement, la question de la soutenabilité de l'industrie spatiale et de l'accès à l'espace représente un enjeu de recherche majeur de ce siècle. Cette thèse a pour objectif d'étudier l'exploitation de l'orbite terrestre et d'identifier les outils économiques qui permettraient d'en faire un usage optimal.Cette thèse s'appuie sur trois travaux. Les deux premiers présentent un modèle analytique simplifié de l'exploitation de l'orbite terrestre basse à long terme en s'appuyant sur l'article de Rouillon (2020). Dans le modèle du premier papier est introduit une variable de conception se matérialisant par la durabilité d'un satellite, ainsi que la possibilité de nettoyer chaque année l'orbite d'une part de ses débris. Le deuxième travail s'intéresse à l'impact du choix de l'altitude à laquelle les opérateurs choisiront d'opérer leurs satellites. Ce choix a deux impact majeur. D'abord, plus un satellite est lancé haut, plus les débris pouvant résulter de son opération pourront rester longtemps en orbite. Ensuite, la verticalité de l'orbite, c'est-à-dire le fait que des objets envoyés plus hauts peuvent menacer ceux se trouvant plus bas, vient elle-même peser sur la gestion de cet espace et sur les instruments incitatifs à utiliser. Enfin, un dernier travail se concentre plus spécifiquement sur les nouvelles grandes constellations et à la manière dont une concurrence imparfaite impacte l'utilisation de l'orbite. Les interactions stratégiques entre ces grands opérateurs sont ainsi analysées.Les principaux résultats de ces recherches sont les suivants. Le premier étant que, en l'absence de régulation, la mise en œuvre de technologies de mitigation (blindage, retraits de débris, etc.) entraîneront un effet rebond. La mise en place de contraintes ou d'incitations pesant sur le secteur spatial sont donc nécessaires de manière à exploiter efficacement l'orbite terrestre. Un second résultat est que, pour obtenir une efficacité optimale, les obligations et incitations ne devraient pas peser que sur le nombre de lancements, mais aussi sur la conception des satellites et sur le financement des retraits de débris. De plus, l'altitude à laquelle opère un satellite pèse sur les risques de collisions qu'il engendrera. En conséquence, le troisième résultat est que les instruments économiques employés devront eux aussi varier avec ce choix fait par son opérateur. Les résultats précédents portent sur une situation de concurrence parfaite, où les opérateurs de satellites n'ont pas de pouvoir de marché. La problématique est encore différente dans des marchés faiblement concurrentiels, tels que celui des nouvelles grandes constellations de satellites, dont l'objectif est de potentiellement couvrir la planète entière de manière à rendre accessible internet même dans les zones les plus reculées. Dans ce cas, il est en effet attendu qu'un faible nombre d'acteurs assurent l'offre de ce type de service. Ainsi, le quatrième et dernier grand résultat est qu'une concurrence duopolistique non régulée est moins efficace qu'un service public mondial ne le serait, et il est montré à quel point les dommages environnementaux peuvent aggraver le différentiel entre ces deux situations.