Ce n’est ni la masse de la mousse ni sa vitesse propre qui a rendu le choc fatal à Columbia : c’est l’écart de vitesse entre ce morceau d’isolant et l’aile qui venait à sa rencontre. Selon le rapport de la commission d’enquête sur l’accident (la CAIB), l’orbiteur a heurté la mousse à une vitesse relative d’environ 545 mph, soit 877 km/h, l’allure d’un avion de ligne en croisière. Le projectile pesait 1,67 livre, soit 0,757 kg : moins qu’une brique d’un litre de lait.

Sept astronautes sont morts à cause d’un morceau de mousse de 760 g.

Une mousse qui freine, une navette qui fonce

Lors de la montée du 16 janvier 2003, un morceau d’isolant s’est détaché du réservoir externe et a frappé l’aile gauche, près de la moitié inférieure du panneau de carbone renforcé numéro 8. Juste avant la séparation, il voyageait avec l’ensemble navette-réservoir à environ 1 568 mph, soit 2 523 km/h. Les images montrent qu’il a touché l’aile environ 0,161 seconde plus tard, après avoir ralenti à près de 1 022 mph (1 645 km/h), moins de temps qu’un clignement d’œil. L’orbiteur, lui, n’avait pas ralenti : l’écart entre les deux, 545 mph, a fixé la vitesse de l’impact.

Le rapport résume la mécanique sans détour : la mousse a ralenti, la navette non, et c’est la navette qui est allée dans la mousse. Ce freinage brutal tient à la faible densité du matériau, dont le coefficient balistique est bas : privé de propulsion, un objet de ce type perd très vite sa vitesse.

Le rapport donne cette vitesse en pieds : 800 par seconde, soit 244 m/s.

L’intuition se trompe parce qu’elle raisonne en poids : 760 g, c’est à peu près trois plaquettes de beurre, rien qui évoque une menace pour une aile. Or l’énergie d’un choc croît avec le carré de la vitesse, si bien que doubler la vitesse multiplie l’énergie par 4. Avec 0,757 kg lancés à 244 m/s, un calcul simple donne environ 22 500 joules, l’ordre de grandeur de ce que développerait une voiture d’une tonne roulant à 24 km/h.

La vitesse propre de la mousse n’explique pas davantage le choc. Au moment de l’impact, elle filait encore à près de 1 645 km/h, mais ce qui a compté, c’est que l’aile la rejoignait avec 877 km/h d’écart.

Le tir de vérification, au Texas

Une hypothèse ne vaut que si l’on sait la reproduire. La commission a donc fait tirer de la mousse sur un morceau d’aile, avec un canon à air installé au Southwest Research Institute, à San Antonio. Un projectile de mousse de 1,67 livre a ouvert le panneau RCC 8. Après le test du 7 juillet 2003, le membre de la commission Scott Hubbard a parlé de « smoking gun », la preuve décisive de l’origine de la catastrophe.

Des simulations numériques sous LS-DYNA avaient été employées pour anticiper les dégâts de ces impacts à grande vitesse, puis comparées au test du panneau 8 réalisé au SwRI.

Ces essais ont mis fin à la croyance, répandue à la NASA, selon laquelle les impacts de mousse n’étaient qu’une affaire de maintenance entre deux vols. Ils ont aussi enrichi les connaissances sur la résistance du RCC. Devant une commission du Sénat, la CAIB a jugé erronée la description de la navette comme véhicule opérationnel plutôt qu’expérimental.

Le verbe « percer » du titre reste d’ailleurs un raccourci. Selon une synthèse de chercheurs sur la modélisation de ces impacts, le dommage au RCC est une rupture structurelle due à la déflexion du panneau plutôt qu’une pénétration. Après l’accident, un effort concerté de 2,5 ans a été mené pour comprendre la menace d’impact sur le système navette. Ce programme est né d’un constat simple : l’accident avait été causé par un événement d’impact.

Un bord d’attaque jamais pensé pour encaisser

Sur Columbia, 41 des 44 panneaux de carbone renforcé (RCC) du bord d’attaque des ailes étaient d’origine. Parmi les constats de la commission, les spécifications initiales n’exigeaient essentiellement aucune résistance aux impacts pour ces composants, et après la réception chez le fabricant, seuls des contrôles visuels et tactiles périodiques étaient menés.

Le trou a laissé passer de l’air surchauffé, probablement au-delà de 2 760 °C.

Pendant la rentrée, cette chaleur a fait céder la structure de l’aile, ce qui a créé des forces aérodynamiques menant à la désintégration de l’orbiteur. Sur le banc d’essai, la brèche mesurait environ 16 pouces, soit 41 cm. Des analystes ont estimé qu’un trou de 25 cm aurait déjà pu causer la destruction de l’appareil à la rentrée.

La perte de mousse elle-même n’a pas de coupable unique. L’analyse de nombreuses variables n’a désigné aucun facteur déclencheur isolé, et la commission conclut à une combinaison de plusieurs facteurs. Les photographies de la montée indiquent en revanche que le projectile était la mousse de la rampe du bipied gauche. Cette conclusion s’appuie sur cinq lignes de preuve, dont la télémétrie, les images et la reconstruction des débris.

Pour la commission, les pratiques de gestion du programme navette ont été une cause de l’accident autant que la mousse. Le rapport, rendu public le 26 août 2003, près de sept mois après la catastrophe, recommande d’engager un programme visant à éliminer toute perte de mousse du réservoir externe.

Sources : commerce.senate.gov | ntrs.nasa.gov