Depuis le lancement du premier satellite Spoutnik 1 en 1957, l’environnement spatial est de plus en plus utilisé et le nombre de débris orbitaux se multiplie naturellement, soit par des explosions, des collisions ou tout simplement par les opérations normales des satellites. Au-delà d'un certain seuil, la densité des débris orbitaux risque de créer une réaction en chaîne incontrôlée : l’effet Kessler. L’élimination des débris orbitaux en basse altitude permettrait de limiter cette réaction et ainsi de préserver l’environnement spatial afin de pouvoir l’utiliser de façon sécuritaire. L’élimination des débris orbitaux est une opération complexe et coûteuse. Elle consiste à déplacer des objets spatiaux inactifs vers une orbite basse pour mener à leur désintégration dans la basse atmosphère terrestre. En utilisant les perturbations orbitales, il est possible de réduire le coût du carburant requis pour effectuer les manœuvres orbitales nécessaires à l’élimination de ces débris. L'objectif principal de cette étude consiste à développer une procédure et une stratégie de commande autonome afin de modifier l'orbite des satellites non opérationnels (débris) pour mener à leur désintégration naturelle tout en optimisant les facteurs carburant et temps. Pour ce faire, un modèle d’atmosphère basé sur le modèle de Jacchia (1977) est développé. Un modèle de la dynamique du satellite inclut aussi les perturbations principales, soit : traînée atmosphérique, non sphéricité et distribution non uniforme de la masse de la Terre. Ces modèles ainsi qu'un algorithme de commande optimale pour un propulseur électrique sont développés et le tout est validé par simulations numériques sur Matlab/Simulink. Au terme de cette étude, les conditions optimales dans lesquelles il faut laisser un débris afin qu'il se désintègre dans la basse atmosphère de la Terre en quelques semaines seront données (type d'orbite : altitude, inclinaison, etc.) ainsi que le coût en carburant pour une telle mission. Cette étude permettra de prouver qu'il est possible de réaliser des missions d'élimination des débris orbitaux tout en réduisant les coûts associés aux manœuvres orbitales par l'utilisation des perturbations naturelles de l'environnement.

Mars est entourée d'une atmosphère ténue, composée à 95% de dioxyde de carbone (CO2). Au cours d'une année martienne, des transferts de masse (jusqu'à 30% du CO2 atmosphérique) entre l'atmosphère et les calottes polaires produisent des variations temporelles à très grande longueur d'onde du champ de gravité, notamment des harmoniques zonaux de son développement en harmoniques sphériques (de fait les coefficients ”composites” de degré 2 et 3). D'un autre côté, le potentiel gravitationnel du Soleil induit des déformations, dites de marée, du volume martien. Ces déformations produisent un potentiel perturbateur en tout point extérieur à la planète, proportionnel à son nombre de Love de degré 2 k2. k2 traduit la réponse élastique de la planète au potentiel solaire et permet de caractériser physiquement le noyau de Mars (sa nature, solide ou liquide, et son rayon). Une manière de quantifier les transferts de la masse atmosphérique et l'état du noyau est de déterminer les perturbations inhérentes sur le mouvement d'un satellite artificiel. Le cycle saisonnier du CO2 et l'état du noyau impliquent aussi des variations de la rotation de Mars. Une autre manière de quantifier les transferts de la masse atmosphérique et l'état du noyau est donc d'observer leurs effets sur la rotation. Des simulations d'observations de trajectographie de satellites (comme celles de Mars Global Surveyor, MGS, Odyssey, MODY) et/ou de la position d'un réseau de stations à la surface de Mars (comme dans l'expérience NEIGE) nous ont permis de voir s'il est possible de restituer précisément les variations des harmoniques zonaux de gravité de bas degré et/ou la rotation. Avec les observations réelles de trajectographie des missions américaines MGS et MODY, on a restitué les variations des harmoniques zonaux de gravité de bas degré et k2.