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Sur la politique des lanceurs spatiaux

19 novembre 2019 : sur la politique des lanceurs spatiaux ( rapport d'information )

II. UN EFFORT DE MODERNISATION VITAL POUR MAINTENIR NOTRE AUTONOMIE D'ACCÈS À L'ESPACE

Le consensus des États européens pour financer un accès autonome à l'espace rend nécessaire la préservation des parts de marché commerciales d'Ariane. On ne peut cependant exclure que l'évolution du marché la remette en cause. C'est pourquoi le conseil ministériel de l'Agence spatiale européenne qui se déroulera fin novembre est absolument stratégique. Concomitamment, l'Europe spatiale doit moderniser sa politique industrielle et retrouver le souffle d'une ambition.

A. UN CONSEIL MINISTÉRIEL STRATÉGIQUE POUR GARANTIR NOTRE AUTONOMIE D'ACCÈS À L'ESPACE

1. Des financements supplémentaires à la hauteur des enjeux devront être actés

Selon les informations recueillies par les rapporteurs, l'Agence spatiale européenne a proposé une enveloppe de 2,662 milliards d'euros pour le budget triennal 2020-2022 en ce qui concerne le transport spatial. La France prévoit de participer à hauteur de 2,5 milliards d'euros sur le budget de la recherche pour l'ensemble des programmes de l'Agence (programme 193 de la mission interministérielle « recherche et enseignement supérieur »). Sur ce montant, 1,058 milliard d'euros seraient attribués aux lanceurs et au CSG. Pourraient s'ajouter à ce financement européen un financement au niveau national de 60 millions d'euros au titre du programme d'investissements d'avenir pour financer ArianeWorks.

Ces financements complémentaires sont nécessaires pour la préservation de notre autonomie d'accès à l'espace et de notre filière d'excellence en la matière à court et moyen terme. Cette enveloppe doit notamment permettre de réussir la transition entre la fin de l'exploitation d'Ariane 5 et le début d'Ariane 6, de bâtir des briques technologiques pour un futur lanceur et de financer la rénovation du CSG entre 2020 et 2024.

Il faut également souligner l'impact indirect sur l'économie de cet argent public : comme l'a rappelé l'Opecst, « ces dépenses ont un effet de levier important sur l'activité économique. L'Agence spatiale européenne a ainsi calculé que, pour 100 euros dépensés pour le développement d'Ariane 5, 320 sont générés en valeur ajoutée supplémentaire dans l'économie ; quelque 50 milliards d'euros de chiffre d'affaires auraient ainsi été générés entre 2000 et 2012 dans l'industrie européenne spatiale et non spatiale ».

En revanche, comme l'a remarqué la Cour des comptes dans son rapport précité, l'enveloppe financée par la France ne doit pas se traduire par des effets d'éviction sur les autres secteurs spatiaux (science, exploration, observation de la Terre, navigation et télécoms). En effet, des technologies clés dans le domaine des satellites ont pu, récemment, être soutenues de façon importante par les fonds publics français (programme d'investissement d'avenir) et européens (Horizon 2020), notamment dans le développement de la propulsion électrique. C'est ce même avertissement qu'avait prononcé Riadh Cammoun, vice-président en charge des relations institutionnelles de Thales Alenia Space, devant lors de son audition par la commission des affaires économiques le 7 novembre 2018 : « Dans la perspective de la prochaine ministérielle de l'Agence spatiale européenne, qui aura lieu en avril 2019, le soutien de la France à la filière satellitaire française et, tout particulièrement à celle de nos satellites de télécommunications, est vital pour rester dans cette course mondiale où la compétition est exacerbée ».

2. Assurer la transition entre Ariane 5 et 6 face à des perspectives de marché incertaines

Ariane 6 est prête à rentrer en phase d'exploitation. Le conseil de l'Agence spatiale européenne a défini, dans une résolution du 17 avril 2019, un schéma d'exploitation qui a permis le lancement de la production des 14 premières Ariane 6 à lancer entre 2021 et 202364(*). Comme le souligne André-Hubert Roussel, « Ariane 6, c'est ce que demandent les clients »65(*) : huit missions sont déjà en carnet de commandes, dont quatre commerciales et quatre institutionnelles. La plupart de ces missions n'auraient pas pu être réalisées par Ariane 5. Autrement dit, l'absence d'Ariane 6 se traduirait par un recours accru, au pire à des lanceurs étrangers et au mieux, pour quelques missions tout au plus, à Vega. Ainsi, aujourd'hui, plus personne ne remet aujourd'hui en doute le fait qu'il est nécessaire de réussir Ariane 6.

Du reste, quand bien même ce n'eut pas été le cas, l'état d'avancement du programme Ariane 6, les sommes considérables déjà investies par les pays participants et les industriels et les risques beaucoup plus élevés en cas de changement brutal de stratégie seraient autant d'arguments pour ne pas arrêter le programme, alors que les clients des services de lancement auront toujours intérêt à conserver une double source d'approvisionnement. Enfin, Ariane 6 ayant été décidé à l'initiative de la France, ce serait un très mauvais signal envoyé à nos partenaires, qui risqueraient de ne plus suivre notre pays à terme, mettant ainsi en péril l'ensemble de la filière française.

Mais on ne peut ignorer que les conditions de marché - incertitude de la demande, explosion de l'offre - ne sont plus celles envisagées en 2014 pour dimensionner l'ampleur du programme Ariane 666(*).

D'une part, le prix au kilo mis en orbite a diminué depuis 2014. Si aucune communication officielle sur les prix de commercialisation n'a été effectuée par Arianespace, la presse a fait état des ordres de grandeur suivants : 130 millions de dollars pour Ariane 64 et 80 millions de dollars pour Ariane 62 contre, on l'a vu, un Falcon 9 facturé à moins de 50 millions de dollars sur le marché commercial67(*). Pis, cette différence de prix se justifierait par une différence de coût de production : selon la même source, les cibles de coût étaient de 90,6 millions d'euros pour une Ariane 64 et de 73,6 millions d'euros pour une Ariane 6268(*) contre, comme déjà évoqué, un coût de 44 millions de dollars pour un lancement de Falcon 9 consommable.

Ensuite, la cadence minimale de 11 lancements par an, avec au moins cinq tirs institutionnels69(*) sera très difficile à atteindre. Selon le Cnes, l'analyse des missions prévues pour la prochaine décennie fait ressortir une moyenne de quatre à cinq missions institutionnelles européennes70(*) par an de 2020 à 2030 pour Ariane 6. Sur le marché commercial, on peut considérer une fourchette de 20 à 50 % de parts de marché71(*) ce qui représente, pour un marché de huit à douze satellites (hors constellations), une fourchette de un à trois lancements doubles commerciaux par an. Autrement dit, le Cnes anticipe un nombre de lancements s'échelonnant entre cinq et huit par an, soit une cadence quelque peu supérieure à celle d'Ariane 5 sur les dernières années (entre quatre et sept lancements entre 2013 et 2018), mais inférieure aux prévisions effectuées en 2014. Ces prévisions restent relativement incertaines en ce qu'elles dépendent à la fois du prix qui sera effectivement facturé par Arianespace et de l'évolution des lanceurs concurrents - Falcon, New Glenn, H3...

L'équilibre des programmes de lanceurs spatiaux européens est garanti par une présence forte sur le marché commercial : c'est ce qui permet à la France et à l'Europe d'assurer le maintien d'une chaîne industrielle de premier rang, dotée d'emplois très qualifiés, lui offrant un accès indépendant à l'espace à des conditions compétitives. C'est aussi et surtout ce qui permet à tous les États européens participant actuellement aux programmes de lanceurs de l'Agence spatiale européenne d'accepter le coût public de l'accès autonome à l'espace.

Si notre part de marché venait à diminuer drastiquement, le risque est grand que certains de nos partenaires européens ne considèrent à terme que l'indépendance d'accès à l'espace ne vaut pas le prix payé. Comme a pu le rappeler le directeur de la recherche d'ASD Eurospace, Pierre Lionnet, dans une interview récente, la perte de quelques clients peut remettre en cause l'équilibre économique du lanceur : « deux clients perdus, cela signifie 150 millions d'euros perdus pour Arianespace »72(*)... C'est ce qui a conduit le président du Cnes à estimer, devant les deux commissions, que, compte tenu du fait que « le modèle des trente dernières années évolue », l'autonomie européenne d'accès à l'espace doit s'organiser.

C'est pourquoi le conseil de l'Agence spatiale européenne devra en premier lieu décider d'octroyer les financements permettant de répondre à des défis de court terme, à savoir :

- la fin de l'exploitation d'Ariane 5 : selon Arianespace, il reste douze Ariane 5 à lancer, une en 2019 et onze entre 2020 et 2022 - presque toutes les positions ont été vendues pour ces lancements et les industriels ont accepté de réduire considérablement la taille du dernier lot d'Ariane 5 ;

- la fin de développement d'Ariane 6 et la transition entre Ariane 5 et Ariane 6, portant sur les 14 premiers lanceurs, et de Vega à Vega C, qui s'écoulera entre 2020 et 2023. L'exploitation conjointe de plusieurs lanceurs à cadence réduite coûtera plus cher. Elle devra également se faire avec une grande précaution dans la mesure où les nouveaux lanceurs intègrent des innovations et que, par construction, le risque zéro n'existe pas en la matière.

Autrement dit, pour reprendre les propos d'André-Hubert Roussel, ces financements doivent permettre aux européens de « rester dans la course »73(*). Ces efforts mobiliseront l'essentiel de l'enveloppe financière de la ministérielle s'agissant des lanceurs. Autrement dit, le budget proposé par l'Agence spatiale européenne traduit une priorité donnée à la conservation à court terme de l'autonomie d'accès à l'espace de l'Europe dans une période de transition. Mais il importe également de préparer l'avenir en misant sur le réutilisable.

3. Miser dès aujourd'hui sur le réutilisable
a) L'Europe doit dès aujourd'hui se lancer dans le réutilisable

Comme le souligne l'Onera dans sa dernière feuille de route scientifique et technologique, la durée de vie d'Ariane 6 telle que conçue depuis 2014 sera probablement moins longue que celle d'Ariane 5. Dans son rapport précité, la Cour des comptes remarquait que « les Européens ont fait le choix prudent du recours à des technologies maîtrisées par rapport à celui de la rupture technologique du réutilisable, à laquelle les acteurs européens ne croyaient pas en 2014 », soulignant l'existence d'un « risque important que le lanceur ne soit pas durablement compétitif face à SpaceX »74(*). Les Européens ont en quelque sorte pêché par orgueil en ne prenant pas totalement les avancées de SpaceX au sérieux. En réponse à ce rapport, Stéphane Israël déclarait, dans une interview : « Nous avons toujours dit qu'Ariane 6 est un lanceur qui évoluera. Ariane 6 est le début d'une histoire, et ce lanceur, qui volera dès 2020, a été pensé pour évoluer au cours de son exploitation. Nous réfléchissons ainsi à une "Ariane 6 Evolution" avec notre maison mère, ArianeGroup, d'ici à 2025. »75(*)

La situation actuelle n'est pas sans rappeler, sept ans après, celle que le secteur a connue entre 2012 et 2014, où il s'est agi de réfléchir à l'alternative entre une évolution d'Ariane 5 et le développement d'un nouveau lanceur.

En effet, deux scénarios peuvent être envisagés d'ici à la ministérielle de 2022 :

- soit une évolution d'Ariane 6 (« Ariane 6 Evolution ») d'ici à 2025 (avec un gain de performance de l'ordre de deux tonnes en orbite GTO et des gains de coûts de 20 % sur le prix par kilo mis en orbite) puis le développement, à terme, d'un nouveau lanceur (« Ariane Next ») ;

- soit le passage plus rapide à un nouveau lanceur (« Ariane Next »), plus simple (lanceur bi-étage au lieu de quatre aujourd'hui ; un seul moteur contre trois aujourd'hui76(*)), moins coûteux (avec une cible de réduction des coûts à nouveau fixée à 50 %) et réutilisable. Ariane 6 ne peut pas évoluer vers un lanceur réutilisable compte tenu de sa configuration (étagement, motorisation à ergol solide alors que seule la propulsion liquide permet le rallumage, la sécurité pyrotechnique et la modulation de poussée nécessaires à la réalisation d'un tel lanceur). Or, pour tirer pleinement parti de la réutilisation, il faut concevoir dès le départ le lanceur pour qu'il soit réutilisable, ce qui serait l'objet d'une Ariane Next.

La première solution pourrait être fragile car la pertinence du lancement double pourrait être remise en cause dans un marché de l'orbite géostationnaire restreint. Mais la seconde option serait également risquée en ce qu'elle exigerait de passer très rapidement au développement d'un lanceur totalement nouveau.

Faut-il se lancer dès 2022 dans le réutilisable ? Après le vol inaugural d'Ariane 6, et avant de trancher sur cette question, il conviendra d'évaluer la situation, et notamment d'analyser les risques découlant, pour le secteur public, de la phase de transition, de la cadence de lancement, de la situation sur le marché mondial et de la demande institutionnelle européenne.

Mais les rapporteurs estiment fort probable que la réutilisation, a minima du premier étage, devienne le nouveau standard technologique, tant en raison des gains économiques que des exigences environnementales qui devraient s'appliquer à la filière à l'avenir. Ils souhaitent donc, comme Catherine Procaccia et Bruno Sido en 2015, « que l'Europe ne rate pas le tournant des lanceurs réutilisables »77(*).

Le débat sur la réutilisation du premier étage

La piste du développement de la réutilisation est encore discutée en Europe. Plusieurs acteurs entendus par les rapporteurs - comme Arianespace, Avio ou encore la Direction générale de l'armement du ministère des Armées - soulignent que la viabilité économique de la réutilisation pour les lanceurs européens n'est pas démontrée car les lancements institutionnels accordés à SpaceX se font à un prix bien supérieur au prix du marché et sur un volume également bien supérieur à celui dévolu aux lanceurs européens. André-Hubert Roussel a résumé la position de l'industrie en ces termes : « nous travaillerons à la réutilisation si les cadences de lancement la rendaient économiquement viable ». Cette position est d'ailleurs confortée par le choix récent effectué par la société Rocket Lab de rendre réutilisable son petit lanceur Electron non pas en vue de baisser le prix (d'environ 6,5 millions de dollars par mission) mais en vue d'augmenter la cadence de production pour répondre aux commandes en forte augmentation. Stéphane Israël s'est d'ailleurs interrogé devant les rapporteurs sur la question de savoir si l'absence de rentabilité du réutilisable n'est pas le problème que SpaceX tente de pallier en apportant elle-même son volume d'affaires à travers sa constellation. La Direction générale de l'armement va même plus loin en soulignant que « le lanceur réutilisable n'est pas une solution de 2030 mais de 2018. Il faut viser l'étape d'après car, en 2030, SpaceX ou ses successeurs seront vraisemblablement passés à autre chose ». L'Onera a d'ailleurs souligné que le comportement que l'Europe adopte aujourd'hui est - comme en matière d'innovation en général - avant tout celui d'un suiveur, déplorant que les lanceurs fassent l'objet de très peu de financements en recherche de long terme.

Ce n'est pas l'analyse du Cnes, qui estime qu'il est aujourd'hui démontré que la réutilisation du premier étage permet un gain économique d'environ 30 à 50 % sur le coût d'un lancement, et sans doute plus pour les réutilisations multiples, à condition que le lanceur soit conçu d'emblée pour la réutilisation78(*). Le centre national d'études spatiales reconnaît que le gain peut être moins élevé si la cadence de lancement baisse. Mais globalement, l'intérêt de la réutilisation ne dépend pas de la cadence au premier ordre79(*) : le niveau des économies réalisées dépend avant tout de la valeur de l'élément récupéré, qu'il faut maximiser, et des coûts de réutilisation (récupération, remise en état, variation de cadence, défiabilisation) qu'il faut minimiser, lesquels dépendent avant tout des choix de conception. À ce jour, et à la connaissance des rapporteurs, SpaceX n'a fait qu'une déclaration publique sur son estimation de la baisse des coûts provenant de la réutilisation du premier étage : il serait de l'ordre de 30 %80(*).

Aujourd'hui, le Cnes et ArianeGroup s'accordent pour développer les briques technologiques nécessaires au développement d'un lanceur réutilisable, dans la mesure où elles pourraient également permettre une évolution d'Ariane 6 en diminuant les coûts et en améliorant la performance sans intégrer la réutilisation. C'est sans doute l'Agence spatiale européenne qui résume le mieux la position faisant consensus : elle estime « capital que l'Europe se dote de capacités permettant d'envisager une réutilisation ponctuelle de certains éléments du lanceur, notamment des propulseurs » et que « la mise en oeuvre opérationnelle de cette réutilisation dépendra ensuite de l'équation économique, qui doit tenir compte tant des coûts récurrents que des cadences de lancement »81(*).

Il faut en conséquence dès aujourd'hui préparer la transition, à terme, vers le réutilisable. Il s'agit en premier lieu d'être attentif à ses effets sur l'emploi. Selon le Cnes, s'il est certain que le passage d'une architecture de lanceur consommable à une architecture réutilisable aura des conséquences sur l'organisation industrielle de production et d'exploitation des lanceurs, il est faux de dire que l'arrivée des lanceurs réutilisables conduira à fermer toutes les usines. Le lanceur peut être conçu de façon à maintenir une activité de production indispensable au maintien des compétences, dans la mesure où le deuxième étage du lanceur qui, lui, serait consommable, devrait utiliser les mêmes moteurs et équipements que le premier étage en vue de bénéficier de coûts de production faibles. Le Cnes estime d'ailleurs que « pour l'Europe, le choix ne sera pas entre lanceur consommable ou lanceur réutilisable, mais entre lanceur réutilisable ou disparition de cette activité ». Du reste, l'objectif poursuivi étant de réduire sensiblement le coût de l'accès à l'espace, l'emploi qui pourrait être perdu sur la filière des lanceurs pourrait se retrouver en aval de la filière spatiale, dans la mesure où davantage de satellites pourraient être lancés pour multiplier les applications spatiales au bénéfice de la société.

Par ailleurs, le passage à une propulsion à ergols liquides, indispensable à la réutilisation, ne sera pas anodin au regard des synergies avec la dissuasion nucléaire. Comme le montre encore Ariane 6, l'architecture des lanceurs Ariane exploite les synergies avec les missiles balistiques, reposant sur une propulsion à ergols solides (« poudre »). Comme cela avait pu être souligné dans la note de l'Opesct précitée, l'abandon de la propulsion solide pour le civil réduirait les synergies civil-militaire aux compétences de maîtrise d'oeuvre système, de programmes de vol et de pilotage. Devant les deux commissions, André-Hubert Roussel avait d'ailleurs estimé que de nouvelles synergies seraient à exploiter. En conséquence, l'Onera a souligné l'importance de préparer dès maintenant le maintien des compétences et des capacités industrielles concernant l'élaboration et la production de propulseurs solides pour les besoins de la dissuasion.

Enfin, et surtout, il faut développer les capacités technologiques nécessaires à la maîtrise de la réutilisation. Comme le soulève l'Onera dans sa feuille de route précitée, « les États-Unis ont disposé pendant 30 ans - de 1981 à 2011 - d'un système spatial presque totalement récupérable : la navette spatiale ». Nous partons aujourd'hui d'une feuille blanche. L'espace et le secteur des lanceurs en particulier reste un secteur particulièrement risqué malgré les progrès effectués : comme l'échec récent de Vega a pu le prouver, il n'y a pas de risque zéro en matière de lancement, et des délais dans les développements sont toujours à craindre, comme le montrent les retards du programme COTS (commercial orbital transportation services program), qui avait pour objectif d'envoyer des humains dans la station spatiale internationale en 2014... Mais nous avons les compétences pour relever le défi.

Le conseil des 27 et 28 novembre 2019 permettra d'amorcer la dynamique. Il devrait décider de financer le développement de deux briques pour réduire les coûts d'Ariane 6 et/ou permettre le développement d'un futur lanceur réutilisable : un moteur d'étage principal à propulsion liquide potentiellement réutilisable et un démonstrateur de premier étage réutilisable. La totalité des financements nécessaires au développement des programmes de préparation de l'avenir est estimée entre 350 et 400 millions d'euros sur le triennal 2020-2022. Les rapporteurs appellent donc le Gouvernement à souscrire à ces programmes et à convaincre leurs homologues de faire de même, sans quoi la réutilisation ne pourra être envisagée par l'Europe.

Cet effort devra être complété à l'avenir en cas de développement d'un lanceur réutilisable : selon la note précitée de l'Opecst, le coût d'un tel programme européen serait de un à trois milliards d'euros.

b) Prometheus et Themis : les premières briques d'un futur lanceur réutilisable
(1) Prometheus : un moteur à propulsion liquide potentiellement réutilisable

Depuis 2015, le Cnes et ArianeGroup développent le moteur « low cost » à poussée variable et potentiellement réutilisable Prometheus. Fonctionnant à l'oxygène et au méthane liquide82(*), il serait doté d'une poussée de 100 tonnes. Il permettrait une division des coûts par dix (coût de production d'un million d'euros) par rapport à l'actuel moteur à hydrogène Vulcain 2.1, pour une cadence de production de 50 par an. Le défi est d'autant plus important que le moteur du premier étage d'Ariane 6 est une évolution du moteur Vulcain d'Ariane 5, dont les développements ont débuté... à la fin des années 1980 !

Soutenu par l'Agence spatiale européenne depuis 2016 (programme « propulsion liquide du futur ») avec l'appui de l'Allemagne, de la Belgique, de la Suisse, de la Suède et de l'Espagne, la définition détaillée a été validée en décembre 2018. Le lancement en fabrication des composants du premier moteur s'est échelonné au premier semestre 2019 et il devrait faire l'objet de premiers tests fin 2020. Il s'agit maintenant d'industrialiser ce moteur, qui pourrait voler sur le démonstrateur Themis en 2022 afin d'une mise en service la plus rapide possible.

En parallèle, les procédés innovants de Prometheus pourraient aussi être dérivés vers une évolution du Vinci et du Vulcain. Ce dernier pourrait devenir un véritable « Prometheus Hydrogène », avec un objectif de réduction de coût de 50 % d'ici à 2025, compatible avec le lancement inaugural d'une version Ariane 6 Evolution. Ce moteur permettra donc de réduire les coûts quelle que soit la configuration retenue pour l'avenir - lanceur réutilisable ou non et réutilisation en « toss back » ou non.

Les Européens portent deux autres projets tendant à maîtriser la réutilisation. Il s'agit de deux démonstrateurs successifs visant à préparer un futur lanceur européen réutilisable.

(2) Callisto et Themis : des démonstrateurs de premier étage réutilisable

Le projet Callisto est un véhicule expérimental à très petite échelle (1/10) permettant de développer les logiciels nécessaires pour la phase de retour d'un premier étage réutilisable (le programme de vol et l'atterrissage en un point précis). Il est développé depuis 2016 par le Cnes83(*), le DLR (Allemagne) et la Jaxa (Japon), mais sans l'Agence spatiale européenne ni ArianeGroup. Selon les informations recueillies par les rapporteurs, « d'autres contributions de partenaires européens sont attendues ». Les rapporteurs estiment qu'une telle évolution serait légitime, dans la mesure où le projet a clairement vocation à préparer le futur des lanceurs européens.

Le Cnes est notamment en charge de l'architecture véhicule, de la conception système, du concept opérationnel et du segment sol. Il est également responsable du logiciel de vol, de l'ordinateur de bord et du système de sauvegarde, de l'aménagement, de l'intégration et des essais de la case à équipements. Ce démonstrateur sera propulsé par un moteur fourni par le Japon. Il sera lancé depuis le Centre spatial guyanais. Pour les vols de démonstration en 2022, l'atterrissage se fera sur une barge en pleine mer. L'accord trilatéral entre le Cnes, le DLR et la Jaxa pour la phase B a été prolongé jusqu'en mars 2020.

Le projet Themis est un démonstrateur à l'échelle 1/2 d'un étage réutilisable propulsé par Prometheus pour maîtriser la rentrée atmosphérique et le retour sur Terre de l'étage principal en minimisant le besoin de remise en état avant retour en vol. Il s'agit bien d'un démonstrateur, proche d'un prototype opérationnel, et successeur du véhicule expérimental Callisto. La prédéfinition est en cours depuis 2019 dans le cadre d'ArianeWorks, initiative conjointe entre le Cnes et ArianeGroup - récemment rejoints par l'Onera - dont la mission est d'accélérer significativement la conduite de ce projet. Themis pourrait ensuite être adapté comme booster liquide d'Ariane Next. En fonction des financements mobilisés, un premier essai en vol pourrait intervenir avant 2025.

Le développement du démonstrateur Themis devrait nécessiter un investissement public de l'ordre de 200 millions d'euros. La France envisage des financements complémentaires à ceux souscrits dans le cadre de l'Agence spatiale européenne, dont le véhicule pourrait être le troisième programme d'investissements d'avenir ou le fonds pour l'industrie et l'innovation (dans le cadre des « grands défis » identifiés par le Conseil de l'Innovation).

c) Poursuivre la réduction des coûts

Trois programmes seront présentés à la ministérielle en vue de poursuivre la réduction des coûts grâce à de nouvelles solutions technologiques.

(1) Icarus : un étage supérieur à l'indice constructif réduit

Le projet Icarus (Innovative carbon Ariane upper stage) est un étage supérieur utilisant au maximum les technologies composites (alors que les étages supérieurs d'Ariane sont généralement fabriqués en aluminium) pour améliorer la capacité d'emport de charges utiles en réduisant les coûts (+ 2 tonnes de performance pour - 10 % de coûts récurrents pour Ariane 6). C'est en effet l'allègement des étages qui a permis à SpaceX de réaliser un lanceur bi-étage capable d'envoyer des satellites lourds en orbite GTO. À ce jour, l'indice constructif84(*) du deuxième étage d'Ariane 6 sera, selon le Cnes, de 19 %, contre 10 % pour le Falcon 9, 11 % pour Ariane 4 et 21 % pour Ariane 5. Le 14 mai dernier, l'Agence spatiale européenne a signé deux contrats de maturation technologique avec les industriels ArianeGroup et MT Aerospace, afin de préparer ce futur étage supérieur85(*).

Dans la mesure où il s'agit d'un important levier de réduction des coûts et d'une brique nécessaire au développement d'un futur lanceur bi-étage réutilisable, les rapporteurs déplorent cependant que seuls des travaux technologiques de préparation soient proposés à la souscription lors de la ministérielle, la décision concernant le développement de l'étage étant reportée à 2022.

(2) Réduire les coûts de façon incrémentale

Le programme d'amélioration continue (CIP) proposé au prochain Conseil ministériel constitue un ensemble d'incréments à implanter entre 2023 et 2025 pour abaisser les coûts récurrents et/ou augmenter la performance et la flexibilité du lanceur. Ils devront être sélectionnés sur leur capacité à d'une part, générer un retour sur investissement court (5 à 6 ans maximum) et d'autre part, être valorisés également sur la prochaine Ariane.

Devrait également être proposé un programme d'un montant limité portant sur les études système. Elles sont nécessaires pour préciser les concepts d'évolution des lanceurs Ariane et permettre au Cnes et à ArianeGroup de déterminer de nouvelles règles de conception afin de nous rapprocher des performances américaines. Selon le Cnes, l'Europe doit notamment travailler sur les sujets suivants :

- l'architecture globale du lanceur pour optimiser le volume et notamment le diamètre de l'étage supérieur ;

- la maîtrise de technologies extrêmement performantes comme l'isolation thermique pour optimiser l'architecture de l'étage supérieur et notamment celles des réservoirs ;

- les règles de dimensionnement des structures associées à une capacité accrue à vérifier leur comportement pour garantir la fiabilité requise ;

- les matériaux et les technologies de réalisation des composants par ajout de matière qui permettent d'optimiser la quantité de matière et les opérations de fabrication, donc la masse et le coût de réalisation.

(3) Moderniser le CSG

Une politique de réduction des coûts est déjà à l'oeuvre au Centre spatial guyanais. Les coûts de maintien en condition opérationnelle du centre ont ainsi diminué de 6 % entre 2009 et 2016 alors que l'activité augmentait dans le même temps (3 pas de tirs, avec entre 7 à 12 lancements par an). D'ici à 2023, de nouvelles réductions de coûts sont prévus. Au total, en quinze ans, ces coûts diminueraient de 20 %, passant de 148 millions en 2009 à 118 millions d'euros en 2023.

Cependant, certaines infrastructures sont aujourd'hui vieillissantes (eau, énergie, climatisation, routes). Certaines d'entre elles datent de près de cinquante ans. Elles nécessitent d'être modernisées pour réduire les coûts, assurer leur robustesse et améliorer leur impact environnemental. Deux autres actions sont également nécessaires en vue de réduire les coûts et d'améliorer la qualité, la fiabilité et la disponibilité du service de lancement : la construction du nouveau centre des opérations, qui intègrera l'ensemble des centres d'opérations antérieurement existants, et l'optimisation de l'ensemble des processus opérationnels afin d'obtenir une véritable diminution de la durée des campagnes de lancement et de gagner en flexibilité pour répondre à l'arrivée d'Ariane 6 et de Vega C, ainsi qu'aux nouveaux besoins des clients (multi-missions, nouveaux types de charges utiles...).

L'exécutif de l'Agence spatiale européenne a inscrit dans son projet de programmation budgétaire 2020-2024 un programme d'investissements qui représente un montant de 143 millions d'euros de 2020 à 2024. Ce plan de modernisation s'ajoute aux activités de maintien en condition opérationnelle, d'exploitation et d'opération classiques, dont le montant budgété est de 616 millions d'euros sur la même période. Les États membres de l'Agence sont donc invités à augmenter sensiblement leur contribution au financement du CSG.

Les rapporteurs invitent le Gouvernement à souscrire à ce programme de modernisation et à plaider en ce sens auprès des États membres de l'Agence. Cet engagement devra prendre la forme d'une résolution dans le cadre du programme obligatoire de l'Agence spatiale européenne, du fait du caractère collectif de cet investissement.

Les rapporteurs invitent également le Gouvernement à la vigilance sur les projets en cours de réflexion portant sur de petites bases de lancement sur le sol européen, comme en Écosse, sous l'égide de l'Agence spatiale britannique86(*).

4. Ne pas créer une concurrence intra-européenne

La profondeur du marché institutionnel européen est insuffisante pour permettre à ses acteurs de se faire concurrence, contrairement à la situation qui prévaut aux États-Unis, où le principe de la politique spatiale industrielle est celui de garder au moins deux lanceurs différents, dans une logique de redondance des infrastructures pour les besoins militaires. Les solutions développées en Europe doivent donc être complémentaires pour proposer une gamme complète de services de lancement.

a) S'opposer à un projet de hausse de la capacité d'emport de Vega C

La presse s'est fait l'écho de tensions entre l'Italien Avio et ArianeGroup, sur la potentielle concurrence que pourraient se faire, à terme, Vega et Ariane 6. La Cour des comptes a également estimé que « dans un contexte de forte concurrence actuelle et à venir au niveau international, la concurrence intra-européenne entre le bas du spectre d'Ariane 6 et le haut du spectre de Vega C devrait être limitée autant que possible ».

Sur le papier et dans leur conception, les deux lanceurs font tous deux partie de la famille des lanceurs que l'Agence spatiale européenne a développés pour donner à l'Europe un accès à l'espace : ils ont donc une vocation complémentaire et non concurrente.

De fait, le chevauchement entre le domaine de performance d'Ariane 6 et celui de Vega C devrait être très limité. Il se présentera lorsqu'une même charge utile pourra être mise sur orbite soit dans le cadre d'un lancement simple par Vega C, soit dans le cadre d'un lancement multiple par Ariane 62. Pour autant, les deux services de lancement ne sont pas comparables pour le client en termes de calendrier et de disponibilité. En conséquence, dans la plupart des cas, il n'y aura qu'un seul lanceur adapté aux besoins du client87(*). On peut d'ailleurs considérer que le fait qu'Arianespace puisse proposer deux solutions de lancement dans ces cas de figure exceptionnels renforce l'attractivité et la compétitivité du fournisseur de services de lancement sur le marché mondial.

Au demeurant, ArianeGroup et Avio n'ont pas intérêt à se faire concurrence dans la mesure où ils sont largement dépendants l'un de l'autre : actuellement, Avio fournit les principaux composants des propulseurs à poudre d'Ariane 5, tandis qu'ArianeGroup fournit des éléments essentiels de Vega. Le propulseur à poudre commun à Ariane 6 et Vega C accentue encore cette interdépendance.

Afin d'éviter toute concurrence malsaine et insoutenable pour les finances publiques européennes, un mémorandum d'accord a été signé par l'Agence spatiale européenne, le Cnes, Arianespace, ArianeGroup et Avio. Il souligne le caractère mutuellement bénéfique et complémentaire de l'exploitation des lanceurs Ariane et Vega. À travers une résolution adoptée en avril 2019, le conseil de l'Agence spatiale européenne a fixé les principes à appliquer par Arianespace pour ses propres missions et assurer une politique juste et transparente de répartition des charges utiles entre Ariane 6 et Vega C en fonction de l'orbite visée et de la masse à emporter88(*).

En revanche, cet équilibre serait remis en cause par une augmentation des performances de Vega avec la nouvelle version Vega E89(*), dont le développement a été engagé en 2016 et dont la poursuite serait proposée à la prochaine conférence ministérielle à horizon 2023. Neuf missions institutionnelles pourraient ainsi basculer d'Ariane 62 à Vega E. En particulier, les satellites de la constellation Galileo pourraient être lancés par Vega E. L'Agence spatiale européenne envisagerait même de reconvertir le pas de tir Soyouz pour le lanceur Vega E...

Les rapporteurs estiment qu'il est de la responsabilité de l'Agence spatiale européenne et de ses États membres de maintenir la cohérence et la complémentarité de la famille de lanceurs européens telle qu'elle a été décidée en 2014. Pour l'Onera, Avio « réalise plus de 51 % de son chiffre d'affaires grâce à Vega alors qu'il y a quelques années l'essentiel de son chiffre d'affaires ne provenait que de la fabrication des boosters d'Ariane pour lesquels il avait bénéficié des transferts de technologie de la part de la France. C'est une concurrence que l'on a contribué à créer ». Les rapporteurs recommandent donc la plus extrême prudence quant à la souscription au programme de développement de Vega E : s'il s'agit d'une hausse de la performance de Vega C, et non, par exemple, d'une réduction des coûts, il conviendra de s'y opposer.

b) Compléter la famille des lanceurs européens par des solutions dédiées aux petits satellites ?

Afin de répondre à la demande de lancement de petits satellites, plus de 100 projets de développement de petits lanceurs ont été annoncés dans le monde, dont environ la moitié aux États-Unis, la Chine arrivant en seconde position. Si le nombre élevé de projets américains s'explique par le fait que les États-Unis ont construit, au cours des cinq dernières années, près de 70 % des satellites de masse inférieure à 100 kilos, l'apparition de projets de développement émanant d'entreprises privées chinoises semble être le signe que les acteurs du secteur pressentent l'existence d'une demande potentielle accessible au marché commercial. Selon le cabinet Northern Sky Research90(*), le marché des lanceurs de petits satellites sera dominé, en 2028, par les États-Unis (49 %) et la Chine (44 %). L'Europe serait distancée (7 %).

Deux nouveaux types de lanceurs pour les charges utiles légères :
les micro-lanceurs et les lanceurs aéroportés

S'agissant des micro-lanceurs, le leader du secteur est l'entreprise d'origine néo-zélandaise Rocket Lab avec son lanceur Electron, capable de mettre plus de 200 kilos en orbite basse pour environ 5 millions de dollars et développé avec l'aide de la Nasa. En Europe, les deux projets européens les plus avancés sont à ce jour ceux de la société allemande Rocket Factory Augsburg (filiale de MT Aerospace, elle-même filiale d'OHB) et de la société espagnole PLD Space. Avio s'est déclaré prêt à réaliser un mini-lanceur en moins de deux ans si un besoin se manifeste.

Selon Arianespace, à ce jour, « il est très clair qu'aucune solution ne pourra être développée et opérée à long terme sans une demande institutionnelle forte ». On constate en effet que Rocket Lab lance à près de 50 % pour les clients institutionnels des États-Unis. Ils prévoient en outre de construire un second pas de tir aux États-Unis. Mais le secteur reste risqué : l'américain Vector a, par exemple, cessé ses activités en août dernier.

S'agissant du lancement aéroporté, cette solution n'est pas nouvelle : les Américains ont, dès les années 1990, testé le système Pegasus dans lequel un lanceur était largué d'abord d'un B52 puis d'un Lockheed Tristar. Une quarantaine de lancements ont eu lieu avec la capacité de mettre une charge de 450 kilos en orbite basse. Ce ne fut qu'un succès relatif - deux tirs par an en moyenne pendant vingt ans - en raison notamment des coûts associés à la mise en oeuvre du porteur aéronautique.

Aujourd'hui, The Spaceship Company, filiale de la société Virgin Galactic bientôt cotée en bourse et qui appartient au milliardaire britannique Richard Branson, développe le lanceur aéroporté LauncherOne lancé à partir d'un Boeing 747, qui pourrait placer en orbite basse une charge utile d'environ 500 kilos et qui sera commercialisé par une autre filiale du groupe Virgin Orbit91(*). L'entreprise a été choisie par le ministère de la défense britannique pour déployer de petits satellites « ARTEMIS » capables de fournir de l'imagerie haute résolution. Ce choix a été motivé par la possibilité de déclencher des lancements avec un préavis court - moins d'une semaine - à partir d'un aéroport.

La solution du lanceur aéroporté n'est cependant pas sans risques, comme en témoignent les échecs de XCOR Aerospace (1999-2017) et, cette année, l'arrêt du projet Stratolaunch qui était en développement depuis 2011 sous l'égide de par Paul Allen, cofondateur de Microsoft.

En Europe, le projet Altair (Air launch space transportatoin using an automated aircraft and an innovative rocket) piloté par l'Onera depuis 2015, qui vient de réaliser ses vols de démonstration à Kourou, propose une approche différente en s'attaquant précisément aux coûts du porteur. Il s'agit d'un drone larguant un lanceur consommable pour une mise sur orbite basse d'une charge utile de 150 kilos devant permettre d'offrir des missions à bas coût, de l'ordre de 5 millions d'euros, proche de ce que propose aujourd'hui Rocket Lab. L'intérêt d'une telle solution, outre son coût limité, est la réactivité du service de lancement. Le retour de Dassault Aviation dans le domaine spatial laisse aussi supposer que cette perspective d'un lanceur aéroporté lui semble de nouveau crédible (ex. : projet MLA de micro-lanceur aéroporté à l'aide d'un Rafale), après une première tentative il y a une trentaine d'années. Le projet Altair est financé à hauteur de 3,5 millions d'euros par la Commission européenne dans le cadre d'Horizon 2020.

Cependant, la solution la plus économique pour lancer des petits satellites reste, à ce jour, la position de passager auxiliaire sur les lanceurs. Pour le Cnes, seule une solution de lancement sur Ariane 6 et Vega C en passager auxiliaire permet d'atteindre les objectifs économiques de prix de lancement d'un petit satellite, soit 10 000 euros au kilo et donc un million d'euros pour 100 kilos en orbite. On constate d'ailleurs que plus de 80 % de petits satellites sont ainsi lancés en rideshare92(*).

SpaceX retient la même stratégie qu'Arianespace sur ce créneau : l'entreprise a ainsi récemment communiqué sur une nouvelle tarification de ses offres en « rideshare » (1 million de dollars pour 200 kilos + 5 000 dollars par kilo supplémentaire). L'offre de SpaceX présente également l'avantage de procurer une grande souplesse en termes de calendrier et d'appliquer des frais réduits en cas de nécessité de rebooking (tout report de la date de lancement, en cas de retard de la charge utile, est facturé 10 %). Cette offre concernerait un lancement par mois à partir de mars 2020 - ce modèle économique repose de fait sur de la place disponible dans le cadre des vols pour sa propre constellation, Starlink.

Le principal intérêt des solutions de micro-lanceurs réside donc, à ce jour, dans leur grande réactivité.

Mais il ne faut pas pour autant fermer la porte au développement de micro-lanceurs qui pourraient utilement compléter l'offre de lancement européenne. En effet, le développement d'un micro-lanceur, qu'il aboutisse ou non, peut être l'occasion de tester de nouvelles technologies applicables ensuite sur les lanceurs lourds. Dans l'hypothèse où la France n'interviendrait pas dans sa production, ce serait également l'occasion de renforcer l'intérêt du pays qui développerait ce micro-lanceur pour le CSG, lequel aurait vocation à l'accueillir. Enfin, il pourrait s'avérer être une solution ponctuelle de lancement utile pour des missions militaires utilisant des nano satellites.

C'est pourquoi, dans la perspective de la réunion du conseil ministériel de l'Agence et suite au feu vert donné par le conseil en avril 2019, l'Agence spatiale européenne propose de mettre en place un cadre programmatique flexible à travers lequel les opérateurs économiques européens pourront promouvoir les projets privés de développement de services de transport spatial commercialement viables reposant notamment sur des micro-lanceurs.

Le Cnes propose d'accompagner activement les projets les plus prometteurs, en particulier en leur permettant une implantation en Guyane dans des conditions favorables (mise à disposition d'un site dédié et exonération de redevance pendant les premières années d'exploitation).

Les rapporteurs soutiennent ces orientations, et soulignent également l'intérêt que peut avoir une solution aéroportée privée en termes de réactivité. Il conviendra de s'assurer de la complémentarité des solutions développées et de minimiser l'investissement public.


* 64 Le scénario est le suivant : l'exploitation d'Ariane 6 découlera pour l'essentiel durant la phase de transition des commandes institutionnelles mais, si des opportunités commerciales apparaissent, elles viendront soutenir la cadence et seront bénéfiques pour l'ensemble des coûts du système.

* 65 Audition devant l'Opecst en date du 29 octobre 2019.

* 66 En novembre 2017, le ministre de l'économie et des finances, Bruno Le Maire, avait publiquement fait état de son inquiétude quant à la compétitivité-prix d'Ariane 6, estimant que les prix amenés à être pratiqués à compter de 2020 correspondaient à ceux déjà facturés par SpaceX à l'époque.

* 67 Il faut cependant noter que l'écart de prix en cas de lancement double sur Ariane 64 serait réduit. Par ailleurs, les capacités d'emport des deux lanceurs ne sont pas les mêmes : Ariane 64 devrait pouvoir emporter jusqu'à 11,5 tonnes en orbite GTO quand un Falcon 9 n'a qu'une capacité de 8,3 tonnes (sans réutilisation, cas qui, comme évoqué plus haut, deviendra de plus en plus rare). Du reste, le prix n'est pas le seul critère de choix d'un client d'un service de lancement : la fiabilité et la disponibilité restent des critères déterminants. Mais comme le notaient il y a un an les députés Aude Bono-Vandorme et Bernard Deflesselles (dans le rapport sur la politique spatiale européenne déjà évoqué, publié en novembre 2018), « l'argument de la fiabilité (des lanceurs Ariane) ne doit pas nous aveugler ».

* 68 Les vrais chiffres de la compétitivité d'Ariane 6, Stefan Barensky, Aerospatium, 28 novembre 2017.

* 69 Les Échos, Arianespace se montre prudent dans une conjoncture difficile, 10 janvier 2019.

* 70 Galileo, Copernicus, Govsatcom, satellites scientifiques de l'Esa, satellites nationaux de défense.

* 71 L'Agence spatiale européenne estime quant à elle qu'il ne paraît pas déraisonnable de tabler sur une part de marché moyenne d'environ 30 à 40 %.

* 72 Interview dans Air et Cosmos, 12 juillet 2019.

* 73 Audition devant l'Opecst, le 29 octobre dernier.

* 74 Cette interrogation avait également pu être émise par le sénateur Daniel Dubois, dans son avis budgétaire émis sur les crédits de la recherche en novembre 2017 ainsi que, en des termes différents, par les députés Aude Bono-Vandorme et Bernard Desflesselles sur la politique spatiale européenne déjà évoqué, publié en novembre 2018.

* 75 LePoint.fr, Ariane 6 : le patron d'Arianespace répond aux attaques de la Cour des comptes, 14 février 2019.

* 76 Cette faiblesse au regard des coûts avait été soulignée, en creux, par le rapport de Catherine Procaccia et Bruno Sido pour l'Opecst de 2012 précité.

* 77 Catherine Procaccia, Bruno Sido, La politique spatiale européenne, rapport fait au nom de l'Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques, 2015.

* 78 Le premier étage neuf d'un Falcon 9 coûte environ 18 millions de dollars, ce qui représente environ 40 % du coût total d'un lancement. Avec un coût de remise en état de l'ordre d'un million de dollars et une dizaine de réutilisations, le coût moyen d'un premier étage qui serait utilisé dix fois serait de 2,8 millions de dollars, soit un coût de lancement de 29 millions de dollars et donc une économie de 34 %. Ce calcul permet de donner un ordre de grandeur. Il faudrait tenir compte d'autres paramètres, tels que l'impact de la baisse de cadence de production sur le prix d'un étage neuf. Mais si le deuxième étage utilise les mêmes technologies et équipes que le premier (ce qui est le cas pour le lanceur Falcon 9), cet effet est très faible.

* 79 Une revue de la littérature existante fin 2017 a été menée par le rapport de l'Institut Montaigne précité.

* 80 SpaceNews, SpaceX says reusable stage could cut prices 30 percent, plans November Falcon Heavy debut, 10 mars 2016.

* 81 L'Agence spatiale européenne a d'ailleurs souligné que le Space Rider sera le premier système de transport spatial européen réutilisable. Il est destiné à doter l'Europe de capacités opérationnelles de rentrée et d'atterrissage grâce à sa plateforme autonome polyvalente sans équipage.

* 82 Le moteur BE-4 développé par New Glenn a également fait le choix de l'oxygène liquide et du méthane.

* 83 Le Cnes développe également depuis 2017 le projet « Frog », petit démonstrateur de 2,5 mètres de haut en vue de tester les algorithmes de vol d'un premier étage réutilisable. Les conclusions de ce projet serviront pour Callisto puis Themis (source : Une grenouille de laboratoire pour le réutilisable européen, Air et Cosmos, 11 octobre 2019).

* 84 L'indice constructif est calculé en rapportant la masse de l'étage à la masse d'ergols.

* 85 Air et Cosmos, Un nouvel étage « noir » pour Ariane 6, 20 mai 2019.

* 86 Futura Sciences, Le premier port spatial britannique sera construit en Écosse, 24 juillet 2018.

* 87 Prenons l'exemple des constellations commerciales en orbite basse : Ariane 62 et Vega C pourront tous deux être proposés pour répondre aux impératifs des différentes missions. Les performances en orbite basse des deux lanceurs étant très différentes, Ariane 62 pourrait être proposé pour le lancement de charges utiles multiples, tandis que Vega pourrait être réservé à des cas particuliers de remplacement de quelques satellites.

* 88 Principe d'une offre unique d'Arianespace pour les satellites de moins de 200 kg lancés individuellement (c'est-à-dire un prix et le départ sur le prochain lanceur disposant d'une disponible, que ce soit Vega/Vega C (système SSMS) ou Ariane 6 (MLS)), de Vega en lanceur nominal entre 200 kg et 2,35 tonnes en orbite basse, puis Ariane 6 au-delà.

* 89 L'objectif de performance visé serait de 3 000 kilos en orbite SSO via l'élaboration d'un nouvel étage supérieur à méthane et oxygène liquide.

* 90 Smallsat Launch Vehicle Markets, 2nd Edition.

* 91 Ces deux filiales se distinguent de Virgin Galactic, première entreprise spatiale créée par Richard Branson en 2004 en vue de commercialiser des vols suborbitaux pour touristes. Bâtie sur l'acquisition de SpaceShipOne, développé par Paul Allen, puis sur le développement SpaceShipTwo devenue Virgin Spaceship (VSS) Unity.

* 92 Le terme « rideshare » peut désigner deux cas de figure : il peut s'agir d'un lancement partagé entre plusieurs charges utiles de masse similaire ou du lancement d'une charge utile en tant que passager auxiliaire et nécessitant un adaptateur.