Communication, météo, géolocalisation : la discrète omniprésence des satellites

Ils sont des milliers à orbiter autour de la Terre, et nous les utilisons tous les jours. Pourtant, nous n’avons que très peu conscience de leur utilité. Les satellites sont pourtant omniprésents dans notre quotidien, et il serait très compliqué de s’en passer.

Un nombre de satellites très difficile à estimer

La définition de ce qu’est un satellite est assez simple : c’est un objet qui orbite autour d’un autre corps plus massif. Les planètes peuvent donc être vues comme des satellites de leur étoile, par exemple. Les satellites peuvent être naturels, ou artificiels. Dans le cas de satellites naturels autour d’une planète, on a tendance à les appeler des lunes, en référence à la Lune, unique satellite naturel de la Terre. Depuis 1957, date du lancement de Spoutnik, premier satellite artificiel, de très nombreux satellites ont été envoyés dans l’espace, pour différentes raisons. Certains de ses satellites sont depuis retombés sur Terre, d’autres ont eu des collisions et se sont alors brisés en de multiples morceaux, devenant eux-mêmes des satellites parasites, sans aucune fonction. Car les débris spatiaux orbitent eux aussi autour de la Terre, et s’il est rare qu’ils soient inclus lorsque l’on parle de satellites, ils répondent pourtant à la définition. De très nombreux objets massifs orbitent autour de la Terre : anciens satellites inactifs, réservoirs de fusées… Aujourd’hui, les agences tentent de limiter le nombre de nouveaux débris, en prévoyant de ramener sur Terre les satellites en fin de vie et les morceaux de fusées après les lancements. Il n’empêche qu’il existe un nombre impressionnant d’objets qui orbitent autour de notre Terre : on estime à plusieurs dizaines de millions le nombre de débris de taille inférieur à 1cm.

Sputnik
Photo du premier satellite artificiel envoyé dans l’espace par les hommes : Spoutnik. Il a été envoyé le 4 octobre 1957 par les soviétiques, marquant le coup d’envoi de la conquête spatiale. Crédits : NASA

Ces objets spatiaux ne présentent que peu d’intérêt, et constituent une gêne pour les lancements d’aujourd’hui. Les satellites envoyés ont, eux, un but précis, qu’il soit scientifique, militaire ou encore civil. Il est cependant compliqué de trouver un chiffre unanime sur le nombre de satellites en activité à l’heure actuelle. Les chiffres que l’on trouve sur internet peuvent varier du simple au triple. Une des sources les plus reprises et semblant sérieuse est celle de l’association UCS (Union of Concerned Scientists), qui fait état de 1419 satellites en activité mi-2016. Ce chiffre est malgré tout à prendre avec des pincettes mais donne un ordre de grandeur assez fiable du nombre de satellites en activité autour de notre planète. De son côté, l’agence spatiale européenne, l’ESA, annonce environ 1200 satellites en activité en Janvier 2017.

Debris10cm
Représentation des débris de plus de 10cm en orbite autour de la Terre. Leur taille a été évidemment grossie pour apparaître sur cette représentation. Crédits : ESA

Mais à quoi peuvent bien servir ces si nombreux objets au-dessus de nos têtes ? Une partie de ces satellites à un but scientifique : observation de la flore terrestre, étude des différences de gravité. Être en orbite permet d’apporter une nouvelle vision, une nouvelle approche, très utile en sciences. Mais dans la vie de tous les jours, ces satellites n’ont qu’un impact très limité. Ils n’en restent pas moins essentiels pour mieux comprendre notre planète, sa place dans l’Univers, ou autant de questions fascinantes. D’autres satellites sont en revanche essentiels à quotidien, et nous n’en avons pas forcément conscience. Ma réflexion a débuté par une simple question de communication.

Comment dialoguer depuis n’importe où avant les satellites ?

On le sait, le réseau téléphonique n’est pas parfait. En pleine forêt, ou bien dans certaines zones de campagne, on n’est pas toujours en mesure de téléphoner depuis son portable. La raison est assez simple : en raison des fréquences allouées aux communications téléphoniques, la portée est d’une dizaine de kilomètres en terrain dégagé. Car, même si l’électromagnétisme ressemble parfois à le de magie, ce n’en est pas : il faut que le téléphone puisse communiquer avec l’antenne relai qui se trouve à proximité. Les ondes électromagnétiques, utilisées pour communiquer, ne sont pas impactées par certains obstacles (la taille des obstacles dépendant de la fréquence utilisée). Ainsi, un mur de quelques centimètres d’épaisseur ne pose aucun problème, mais une montagne, si : « ça risque de couper, je passe sous un tunnel ». En ville, il y a suffisamment d’antennes pour que le téléphone soit toujours en mesure de transmettre à l’une d’entre elles, mais à la campagne, il y a beaucoup moins d’antennes et on a parfois du mal à communiquer.

Aujourd’hui, un autre canal de communication peut être utilisé : le satellite. Les téléphones satellitaires communiquent directement avec les satellites, qui eux se chargent de dialoguer entre eux, puis de ramener le signal au niveau d’une station sol qui transmet le message au destinataire. Cela est extrêmement utiles pour les randonneurs qui peuvent partir dans des zones non couvertes, ou pour les militaires, pour gagner en sécurité de communication, et pour pouvoir communiquer depuis n’importe où. Et c’est là le premier but que l’on peut trouver aux satellites, pour le commun des mortels. Enfin, tout le monde n’en profite pas, mais si jamais l’envie vous prend d’escalader l’Everest (sait-on jamais), et que vous avez envie de rassurer vos proches depuis le dernier camp, c’est possible, grâce au téléphone satellitaire.

Mais le satellite n’a pas toujours été là pour remplir cette fonction : avant les satellites, comment faisait-on pour communiquer avec les navires ? Par exemple, lors de l’attaque de Pearl Harbor, lors de la seconde guerre mondiale, aucun satellite n’orbitait autour de la Terre. Il a pourtant fallu prévenir les militaires sur le continent américain, puis ensuite prévenir tous les navires américains du Pacifique de la nouvelle. Comment ? On a aujourd’hui tellement l’habitude de communiquer en permanence, et on a cette sensation de pouvoir le faire n’importe quand et de n’importe où qu’on en oublie parfois que cela n’a pas toujours été le cas. La réponse pour la communication avec les bateaux en plein Pacifique réside en réalité dans l’utilisation de fréquence relativement faible pour communiquer Ces ondes sont réfléchies par la ionosphère et peuvent alors avoir une portée suffisante pour communiquer sur d’impressionnantes distances. Mais là encore, c’est une fonction des satellites qui pourra être utile à certains randonneurs, mais le commun des mortels se sert d’un simple téléphone cellulaire, qui ne passe absolument pas par les satellites.

Demain, short-tongs ou doudoune-bonnet ?

Il est rare que l’on en arrive à un tel écart de choix de vêtement, mais une grande majorité de la population s’intéresse néanmoins à la météo du lendemain. Les satellites météo étudient de nombreux paramètres, observent les déplacements des nuages, des perturbations, et permettent une prévision précise et assez fiable du temps qu’il fera dans les jours qui arrivent. Il est possible de se baser sur d’autres facteurs, mais l’envoi de satellites ayant pour but l’étude de la météo a permis un important gain de précision et de fiabilité. La Terre est un écosystème d’une incroyable complexité, mais grâce à ces satellites, les scientifiques sont en mesure de prévoir le temps et les températures sur une semaine avec une fiabilité très correcte. Avant de partir en weekend entre amis, il est souvent intéressant de savoir le temps qu’il fera, pour ne pas se retrouver avec en maillot lors d’un weekend aux températures particulièrement froides.

Enawo
Le cyclone tropical Enawo, photographié lors de son passage au Nord-Est de Madagascar. Crédits : NOAA/NASA Goddard MODIS Rapid Response

Votre match Tinder habite en réalité à Tombouctou

Pouvoir communiquer depuis n’importe où, c’est quand même plutôt pratique quand on est perdu en montagne. Savoir s’il est nécessaire de prendre un parapluie le matin, même s’il fait beau, ça permet de ne pas se faire tremper lorsque l’on rentre du travail, et c’est appréciable. Mais être en mesure de trouver l’amour de sa vie, ou de sa soirée, à proximité, c’est encore plus intéressant. Et c’est désormais un élément qui fait tellement partie de nos vies qu’on voit difficilement comment faire sans. On est en permanence capable de savoir où l’on se trouve. Qui sait aujourd’hui lire une carte ? Qui imprime encore 15 feuilles recto-verso sur Mappy avant de partir en vadrouille pour les vacances ? Car sans les satellites, la géolocalisation devient complexe. Elle ne serait pas impossible, mais serait beaucoup trop couteuse pour être mise en place.

Concrètement, comment est-ce que cela fonctionne ? Imaginons une balise de localisation à proximité. Si elle reçoit un message envoyé par un téléphone, avec une information du temps auquel il a été émis, elle sait combien de temps s’est écoulé depuis l’envoi du message. La balise connait le temps de trajet de l’onde, et sait donc la distance à laquelle le téléphone se trouve d’elle. Elle en déduit que le téléphone se trouve sur une sphère dont le centre est la balise, et le rayon est la distance qu’elle a calculée. Si une seconde balise reçoit le même message, elle est capable de faire le même calcul, et le téléphone se trouve à l’intersection de ces deux sphères. En augmentant le nombre de balise, on est capable de déterminer avec précision le lieu où se trouve le téléphone. On retombe en revanche sur les mêmes problématiques que précédemment avec la communication : en ville, il est possible d’avoir suffisamment de balises, mais en pleine campagne, ou encore au milieu de l’océan, c’est impossible. C’est alors que les satellites entrent en jeu : en envoyant une constellation de satellites, on est capable de mettre en place un système de géolocalisation. Avec suffisamment de satellites, on peut s’assurer que chaque point du globes est toujours couvert par plusieurs satellites. Le système de géolocalisation le plus connu à l’heure actuelle est le système américain, le GPS. Mais les russes ont leur propre constellation, GLONASS, les chinois ont aussi une constellation, Beidou, qui n’offre pas une couverture mondiale, et depuis décembre 2016, l’Europe a mis en service sa propre constellation, Galileo.

Galileo
Vue d’artiste d’un satellite Galileo en orbite au dessus de la Terre. Crédits : ESA

Car oui, GPS n’est pas un synonyme de géolocalisation, mais est en fait le nom du système américain. Passer par les satellites pour se géolocaliser permet de mettre en place un système à couverture mondiale, aussi bien au beau milieu des océans qu’en rase campagne. De quoi localiser un navire en perdition, un avion, un militaire en Afghanistan, mais aussi un chasseur de Pokémon, un conducteur perdu pour aller chez belle-maman, ou encore Frank et Sophie, qui sont juste à côté et qui pourront donc se voir mutuellement sur Tinder.

Des milliers de satellites ont été lancés depuis Spoutnik. Ils sont utiles pour l’espionnage, pour la science, pour photographier la Terre, mais pas uniquement. Ils nous sont aussi utiles dans notre vie de tous les jours. Les quelques 1400 satellites encore en activité ne sont pas uniquement destinés aux militaires et au scientifiques. Ils sont bien présents dans notre quotidien. Donc si vous avez besoin de téléphoner à vos proches lors de votre ascension de l’Everest, ou lorsque vous regarderez la météo qu’il fera pour votre weekend, ou encore que vous matcherez sur Tinder (ou que vous irez chasser des Pokémon, ou que vous serez perdus), dites-vous bien que sans les satellites, ce ne serait pas aussi simple.

Ariane5Launch
Le 17 novembre 2016, Ariane 5 décolle de Kourou, en Guyane Française, emportant avec elle les 15ème, 16ème, 17ème et 18ème satellites de la constellation Galileo. Crédits : ESA-Stephane Corvaja

Image de couverture : Décollage le 12 octobre 2012 d’une fusée Soyouz, depuis Kourou, avec à son bord la seconde paire de satellites Galileo. Crédits : ESA-Stephane Corvaja

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