Applications Des Satellites

Applications Des Satellites

Applications des satellites

Cet article décrit les diverses applications des satellites.

Sommaire

Qu'est-ce qu'un satellite artificiel ?

Article détaillé : satellite artificiel.

Les différents types de satellites artificiels

Les satellites sont classés généralement en deux classes : satellites scientifiques et satellites d'applications.

Satellite scientifique

Ils sont dédiés à la recherche pure en astronomie (il s'agit en fait de télescopes en orbite avec des champs d'observation plus ou moins larges et observant lensemble du spectre électromagnétique), en géodésie, géodynamique, etc. Ce sont des objets généralement uniques. S'ils sont perdus lors du lancement, ils sont rarement remplacés.

Satellite d'applications

Ils ont une application commerciale dans les domaines de la Météorologie, de l'Observation de la Terre (dite Télédétection), des Télécommunications, de la Navigation. Ils génèrent des revenus directs (satellites de communications) ou induits (météorologie, observation de la terre civile et militaires, navigation, etc.). Leur service ne devant pas s'interrompre, ils nécessitent des redondances en orbite et des remplacements par de nouvelles générations. C'est un vrai marché des satellites et de leurs applications. Les applications peuvent être civiles ou militaires. Certains satellites ont une dualité d'application, pouvant avoir plusieurs applications (Météorologie et Télécommunications, Civile et Militaire, par exemple, etc.). On trouve :

  • Satellites de télécommunications : ces satellites sont utilisés pour transmettre des informations d'un point à l'autre de la Terre, notamment des communications téléphoniques ou de la transmission de données, les communications satellitaires et les programmes télévisés.
  • Satellites de télédétection : ces satellites observent la Terre, dans un but scientifique (température de la mer, manteau neigeux, sécheresse, ...), économique (ressources naturelles, agriculture, ...) ou militaire. Le spectre d'observation est vaste, optique, radar, infrarouge, ultraviolet, écoute de signaux radioélectriques
  • Satellites de positionnement : ces satellites permettent de connaître la position d'objets à la surface de la Terre, dans les airs (avions, missiles) et dans l'espace.
  • Satellites militaires : à usage militaire et gouvernemental, ils peuvent être de télécommunications et d'observation de la Terre ou d'écoute électronique (satellite espion).

Les Stations spatiales, également en orbite autour de la Terre, constituent une classe spéciale, destinées à être habités par l'homme, dans un but scientifique et ou d'application.

Les Sondes spatiales, destinées à observer un autre corps céleste, ne sont plus satellisés autour de la Terre et perdent donc cette qualité.

Satellite de télécommunications

De tout temps, les hommes ont eu le besoin vital de communiquer. Et depuis le début de lHistoire, les communications nont cessé dévoluer, en temps, en distance et en quantité dinformations transportées. Les satellites de télécommunications représentent pour le moment la pointe du progrès dans cette matière. Avant lère spatiale, aucune transmission de télévision nétait possible entre les continents, et les quelques câbles transocéaniques qui existaient ne pouvaient acheminer que quelques dizaines de conversations téléphoniques. En quelques années, le satellite a changé totalement la donne pour la télévision, le téléphone ou même Internet.

Article détaillé : Satellite de télécommunications.

Caractéristiques générales

Fonctionnement général

Le satellite de communication reçoit le signal de la station terrestre. Il l'amplifie et le transmet à une station réceptrice en utilisant une autre longueur d'onde. Les programmes de télévision, les communications téléphoniques, les données numériques peuvent être ainsi relayés à léchelle planétaire.

Avantages dun satellite par rapport aux communications terrestres

  • Les satellites de télécommunications sont à lheure actuelle très nombreux car ils sont venus compléter et améliorer les possibilités des moyens de télécommunications terrestres par fil ou par ondes qui souffrent des limitations suivantes :
    • Coût dinstallation, de maintenance et des matières premières très élevé et augmentant fortement avec la longueur du réseau.
    • Problème physique : plus la quantité dinformation quil est possible de confier à une onde est grande, plus la longueur de cette onde est petite et moins bien celle-ci se propage à la surface de la Terre. Si elle est de quelques mètres, chaque obstacle susceptible darrêter la lumière larrête également (montagnes, …)
    • Exposition aux tremblements de Terre, inondations, tempêtes et autres risques majeurs qui peuvent détruire la ligne.

Avant larrivée des satellites, les images venant dautres continents ne nous parvenaient que par avion, plusieurs jours après avoir été filmées. Quand le satellite arriva, celui-ci résolut, dans son principe même, les 3 contraintes citées ci-dessus. Primo, il est un moyen idéal pour la transmission dinformations sur des aires géographiques très vastes. Il possède donc a priori une vocation mondiale puisquil ne nécessite pas une lourde infrastructure au sol, ce qui paraît particulièrement bien adapté pour un pays dont le peuplement est discontinu. Secundo, les satellites de télécommunications offrent la possibilité de communiquer entre deux points éloignés sans être gêné ni par le relief, ni par la courbure de la Terre, à condition de rester dans laire de visibilité du satellite assurant la transmission. Tertio, le satellite ne risque rien dans le cas dun tremblement de terre ou dune inondation et les infrastructures au sol occupent une si petite surface que le risque de dégâts en est fortement réduit.

Les différents types de satellites de télécommunication

Tous ces avantages, plus le fait quils soient une des seules applications spatiales rentables, expliquent certainement lexpansion des satellites de télécommunication (on estime à un millier aujourdhui le nombre de satellites de télécommunications). Le premier dentre eux fut Echo 1. Il sagissait dun satellite passif puisquil réfléchissait seulement lénergie quil recevait. Le signal était fortement diminué et ce fut le premier et le dernier des satellites de télécommunication passif. À partir de 1962 et de Telstar, les satellites sont tous devenu « actifs » : ils reçoivent les signaux, les amplifient et les réémettent à partir de répéteurs. Leur charge utile (voir annexe IV) se compose de panneaux solaires fournissant lénergie nécessaire à lamplification du signal et des antennes plus ou moins directionnelles quil faut orienter avec une grande précision vers la Terre. Les antennes terrestres doivent par ailleurs impérativement être pointées avec précision en direction du satellite pour la réception comme pour lémission. Les premiers satellites télécoms étaient des satellites à défilement (voir chapitre 1), c'est-à-dire quils nétaient visibles que quelques minutes. Cette orbite basse a été rapidement abandonnée et maintenant la plupart des satellites de télécommunications (le premier fut Early Bird en 1965) sont logiquement placés sur une orbite géostationnaire (voir annexe V) pour que les antennes soient constamment reliées entre-elles, sans coupures. Pourtant aujourdhui, on en revient aux satellites à défilement (et même à une constellation de satellites à défilement) pour répondre à la croissance de lutilisation des téléphonies mobiles.

Affaiblissement possible du signal

Certains phénomènes météorologiques et astronomiques peuvent affaiblir un signal (la pluie ou des vents solaires ). Le signal est aussi plus facilement arrêté par le relief en région de haute latitude (langle sol-satellite est plus faible et l’ « ombre » est donc plus grande).

Deux ressources fondamentales

Un satellite de télécommunications utilise deux ressources limitées : lorbite géostationnaire et une bande de fréquence radio réservée (voir annexe I). À quelques rares exceptions près (utilisations du laser pour les communications sous-marinssatellites, par exemple), toutes les communications par satellites exploitent les ondes radio. Avec laugmentation continue du nombre de satellites, le problème de lallocation des fréquences est devenue extrêmement complexe . Le spectre des fréquences utilisables apparaît déjà très exploité. Cependant, les progrès des techniques de transmission de données ont permis de décupler la capacité des installations et de réduire la taille des stations terrestres. Les méthodes numériques de codage à la source ont ainsi entraîné une division par dix du débit nécessaire pour transmettre une communication téléphonique ou une émission de télévision.

Modulation du signal

Pour faire en sorte que londe « porte » un message, on utilise la modulation. Le procédé consiste à modifier une ou plusieurs caractéristiques de l'onde radio (porteuse) selon le type d'informations que l'on souhaite envoyer. Le procédé inverse, la "démodulation", sert à reconstruire l'information d'origine (discours, données informatiques ou programme TV) dans le récepteur.

En pratique, la méthode de modulation, généralement assez complexe, est choisie afin d'optimiser les performances d'une liaison satellite selon le type d'information à transporter. L'information est souvent codée à l'émetteur afin de pouvoir détecter et corriger les éventuelles erreurs dues à une mauvaise interprétation dans le récepteur. Des techniques semblables, tout aussi élaborées, sont utilisées par exemple pour protéger les disques laser audio contre les rayures et les mauvaises manipulations.

Types de couvertures dun satellite géostationnaire

Un satellite de télécommunications nutilisera jamais toute la surface quil peut couvrir car sur la périphérie de cette zone maximale couverte, langle formé entre le sol et le satellite est trop faible pour pouvoir recevoir les ondes émises par le satellite. Par contre, des couvertures restreintessemi-globale (échelle dun continent), régionale (échelle de lEurope) et étroite (2 à 3 pays moyens) — présentent lavantage de concentrer lénergie sur de plus petites surfaces et donc de fournir un signal plus fort.

Services commerciaux

Les télécommunications ont très vite représenté un marché important (50 milliards de dollars en 2000). Plusieurs services commerciaux se sont donc développés, tant au niveau mondial que national :

Services internationaux

Intelsat

Intelsat est lOrganisation internationale des satellites de télécommunications qui réunit plus de 120 pays. Le premier satellite dIntelsat fut « Early Bird », qui assurait des retransmissions télé entre lEurope et les États-Unis.

Les générations de satellites suivantes possédaient des capacités de transmission et démission déjà plus élevées, grâce à la concentration de la puissance en direction de la Terre, et à la division du spectre de transmission en bandes de fréquence plus étroites. Ainsi, le premier des satellites Intelsat de quatrième génération, lancé en 1971, était doté dune capacité de 4 000 circuits vocaux.

En 1980, les satellites Intelsat de 5e génération avaient une capacité de 12 000 circuits vocaux. On a par ailleurs commencé à concentrer la puissance du satellite sur de petites régions de la Terre, ce qui a fait chuté les prix des antennes de réceptions (taille et diamètre plus petit). Mis en service à partir de 1989, les satellites de sixième génération ont pu établir 24 000 circuits simultanés. Au début des années 1990, Intelsat, avec 15 satellites en orbite, offrait ainsi le système de communications le plus étendu du monde, relayant 100 000 circuits téléphoniques. Cependant, dautres systèmes proposent également un service international du même type, concurrençant ainsi celui dIntelsat qui a été privatisé en 2001

Site officiel d'Intelsat

Inmarsat

Voilier équipé d'un terminal Inmarsat C

Organisation internationale des satellites maritimes, Inmarsat (International Maritime Satellite), fondée en 1979 et transformée en société privée depuis 1999, couvre un réseau mobile de télécommunications qui assure des liaisons de données numériques, des liaisons téléphoniques et un service de transmission par télécopie entre des bateaux, des installations en mer et des stations terrestres à travers le monde. En outre, ce réseau prolonge maintenant le système de liaisons par satellites utilisé par les avions des lignes internationales. Les téléphones Inmarsat sont devenus indispensables dans les courses transatlantiques, les rallyes, etc. Ce sont également des outils formidables pour les journalistes, et pour toutes les équipes de secours en cas de catastrophe naturelle : ainsi, lors du grand tremblement de terre de Kobé, les liaisons avec le monde extérieur ont pu être rétablies grâce à des téléphones Inmarsat. Il en est de même en cas de raz de marée, déruption volcanique, dinondationInmarsat va désormais être concurrencé par les nouvelles constellations de satellites pour les « mobiles » (Globalstar) voire par des satellites géostationnaires qui offriront des liaisons à plus bas prix pour les pays en voie de développement (ACES en Asie et EAST pour lAfrique).

Site officiel d'Inmarsat

Les services régionaux

  • Lexpansion des systèmes internationaux sest fait parallèlement au développement de systèmes à léchelle régionale.
    • En Europe:Limportance des satellites de télécommunications est apparue très tôt aux pays européens mais il faudra attendre une véritable cohésion spatiale européenne pour établir, en 1977, Eutelsat qui permettra lobtention dun véritable service de télécommunication européen indépendant de la tutelle mondiale. Ainsi, Eutelsat fait partie des réalisations qui ont permis une plus grande cohésion régionale entre États membres de lex-CEE. Le service se base principalement sur une offre télévision avec un service européen de téléphonie qui a permis de compléter le réseau terrestre européen sans enfreindre les conditions dIntelsat (toujours utilisé pour les communications hors-Europe). Il faut également mentionner le réseau européen de satellites de télécommunications ECS (European Communication Satellite), développé par lAgence spatiale européenne (ESA) ; chacun de ses satellites peut établir 12 600 circuits.
    • Arabsat:La création de lOrganisation Arabe des Télécommunications en 1976 correspond à une volonté politique de développement des liens régionaux mais dans un contexte différent puisquil sagissait ici dun programme de renforcement de lidentité culturelle arabe. Ces dernières années, la volonté commerciale semble cependant lavoir emporté sur la volonté culturelle.
    • Palapa:Au début uniquement basé sur les Philippines, le système Palapa sest progressivement étendu au reste des pays de lASEAN (Association des pays du Sud-est asiatique) jusquà être reconnu système régional par Intelsat.

Perspectives

Concurrence des fibres optiques

Article détaillé : Fibres optiques.

Le développement des réseaux en fibre optique est venu concurrencer les satellites dans certaines applications, comme la téléphonie internationale, grâce à la pose de nombreux câbles sous-marins. La fibre optique possède des avantages que les satellites nont pas. Par exemple, une seule fibre optique a une capacité de transmission équivalente à celle dun satellite relativement modeste, doté dune dizaine de canaux. Par ailleurs, les satellites possèdent une durée de vie restreinte, car leurs réserves de carburant, utilisées pour se maintenir en orbite, sont limitées.

Malgré toutes ces contraintes, les satellites gardent encore plusieurs avantages sur les fibres optiques ; ils permettent, notamment, de couvrir une très grande surface. De plus, ils disposent dune grande souplesse opérationnelle, car ils peuvent être reconfigurés en fonction de lévolution des techniques et des besoins. Enfin, ils peuvent desservir des téléphones mobiles et des sites isolés (îles, bateaux, etc.) en saffranchissant des contraintes géographiques. De ce fait, les systèmes de télécommunications par satellites demeurent promis à un bel avenir, et sont appelés à se développer pour un certain nombre dapplications.

Place du satellite dans le réseau Internet

Faut-il le rappeler : tout le monde na pas accès à lInternet haut débit de type ADSL. Même dans un pays développé, comme la France, un quart de la population ne peut obtenir le haut débit. Autrement dit, 15 millions de Français, environ une commune sur deux et un tiers des entreprises privées resteront au bord de « lautoroute de linformation » si rien nest fait pour démocratiser laccès au haut débit.

Une des solutions qui simposerait est une constellation de satellites, ou plutôt une constellation couplée avec un réseau terrestre (par câbles). On associerait donc les avantages du satellite, à savoir diffusion naturelle (un seul satellite suffit pour une région entière) vers des utilisateurs mobiles dans des zones éloignées et sans infrastructures terrestre développées, en évitant les nombreux problèmes techniques inhérents à ce système: les longs délais aller-retour des ondes (effet « décho »), les erreurs de transmissions portant plus à conséquence (vu quil y a plus dinformation en transit et que lon supprime directement ces informations lors dune erreur) et enfin une certaine asymétrie (la quantité dinformation reçue nest pas tout le temps la même que la quantité dinformation envoyée, ce qui oblige le satellite à « stocker » des données).

Satellite de positionnement

La société de linformation inclut non seulement les télécommunications mais aussi la localisation et la navigation. Cette dernière est l'ensemble des technologies qui permettent de :

  1. connaître la position d'un mobile par rapport à un système de référence ;
  2. calculer ou mesurer le cap à suivre pour rejoindre un autre point de coordonnées connues ;
  3. calculer d'autres informations pertinentes (distance, vitesse de déplacement, heure estimée d'arrivée, etc.).
Article détaillé : Satellite de positionnement.

Le système de référence

Les satellites actuels de géopositionnement utilisent pour se situer par rapport au globe terrestre, qui est loin dêtre parfaitement sphérique, le système WSG84 (World Geodetic System, 1984) qui est une représentation du système ITRF défini par l'IERS. Les coordonnées d'un point sont données par la longitude (méridien) et la latitude (parallèle) à partir d'une origine arbitrairement choisie : l'intersection du méridien de Greenwich avec l'Equateur. La latitude varie de 0° à 90° nord ou sud et la longitude varie de 0° à 180° ouest ou est. Connaissant les coordonnées du mobile et celles du point de destination on peut alors calculer (ou mesurer sur une carte) le cap à suivre pour rejoindre ce dernier point. Traditionnellement, ce sont les astres qui avaient été utilisés pour servir de points de repères pour la navigation. Cependant, ces anciens repères laissent de plus en plus la place à des satellites artificiels.

Avantages d'un système de positionnement par satellite

  1. Les satellites ne sont pas influencés par les conditions météorologiques.
  2. Ils sont largement plus précis et plus rapides que les anciens systèmes de navigation (radionavigation par exemple) (précision de lordre de 15 mètres avec le GPS et de 1 mètre avec Galiléo).
  3. Le système peut être utilisé aussi bien par des mobiles évoluant au niveau du sol ou de la mer, que par des mobiles évoluant dans l'atmosphère.
  4. Le système est beaucoup plus accessible que les anciens moyens de positionnement (par ondes radios), qui nétaient utilisés que dans les avions.
  5. Le système en lui-même est gratuit, il ny a que les récepteurs qui sont plus ou moins onéreux (tout en le restant bien moins que les récepteurs des anciens systèmes).

Fonctionnement général

Les systèmes à trajet descendant

Les systèmes de géopositionnement existants et Galiléo (voir 4.2.2) fonctionnent tous sur le même principe de base : le système est constitué de trois « segments » : une constellation de satellites en orbites autour de la Terre, des récepteurs et enfin des stations aux sol qui contrôlent les satellites, se chargent de contrôler leurs orbites et dautres informations rediffusées par les satellites eux-mêmes aux récepteurs.

Afin de déterminer la position dun mobile, les principaux systèmes actuels et futurs, GPS, GLONASS ou Galiléo, utilisent le principe du « trajet descendant », c'est-à-dire que les satellites ont une charge utile relativement simple et émettent des signaux cadencés par une horloge ultra stable, le récepteur ayant une instrumentation plus importante que le satellite lui-même. Les satellites émettent en permanence des micro-ondes (ondes électromagnétiques) qui se propagent à la vitesse de la lumière et qui sont captés par les récepteurs. Connaissant la vitesse de propagation de la lumière ils peuvent alors calculer la distance qui les séparent du satellite en comparant l'heure d'émission (incluse dans le signal) et de réception de l'onde. Une erreur de 1 millième de seconde dans le calcul se transforme en une erreur de 300km sur le terrain ! Cest pour cela que les satellites doivent contenir une horloge atomique extrêmement précise. Pour connaître sa position en temps réel dans lespace à trois dimensions, il faut un minimum de quatre satellites reçu en permanence. En effet, il faut au minimum quatre points de repères pour effectuer une triangulation précise. Trois satellites vont être utiles pour pouvoir avoir les coordonnées latitude, longitude et altitude et un quatrième servira à déterminer le décalage entre lhorloge de lutilisateur par rapport au référentiel de temps du système de géopositionnement. Placer une horloge atomique qui serait parfaitement synchronisée avec le référentiel de temps dans chaque récepteur est pour l'instant impossible. La triangulation consiste donc ici à résoudre un système d'équations à 4 inconnues qui sont la position dans les 3 dimensions plus le décalage de l'horloge du récepteur avec l'heure de référence du système. Pour connaître uniquement sa position dans 2 dimensions, 3 satellites suffisent; plus de 4 satellites ne fait quaugmenter la précision de la réponse et donc de la position. En clair, pour obtenir les coordonnées du récepteur, on cherche lintersection des sphères dont le rayon est la « distance calculée entre les satellites » et le centre la position du « satellites » et on reporte cette intersection par rapport au géoïde terrestre. On connaît cette position car les messages de navigation contiennent des paramètres sur les orbites des satellites.

Galileo

Le GPS étant un système développé pour les militaires américains, une disponibilité sélective a été prévue. Depuis 1990, les civils n'avaient accès qu'à une précision faible (environ 100m). Le 1er mai 2000, le président Bill Clinton a annoncé qu'il mettait fin à cette dégradation volontaire du service. Cependant, le système peut toujours être soumis à un brouillage du signal sans que les utilisateurs nen soit informé, ce qui en fait un service très peu sûr pour les activités comme le guidage des avions par exemple. De plus, la plupart des nouveaux satellites sont maintenant équipés de récepteurs GPS afin de pouvoir calculer leur position, ce qui crée une situation de dépendance vis-à-vis de larmée américaine. En effet, si chaque satellite est équipé dun récepteur GPS, elle peut se permettre de créer un chaos total en brouillant les émissions du système GPS! Enfin, le marché de la localisation par satellite est en pleine expansion et devrait représenter 155 milliards deuros en 2020. LEurope ne pouvait donc pas se permettre de ne pas réagir face au monopole américain et a décidé de lancer sa propre constellation de satellite de navigation : Galileo. Celle-ci sera complémentaire du GPS tout en étant beaucoup plus précise (précision de lordre du mètre, pour 15 mètres au GPS) et exploitant 5 « canaux » (fréquence particulière). Chaque « canal » sera utile à 1 service en particulier, dont certains seront payants. Ces services sont :

  1. le service ouvert (ou OS pour Open Service: comme le service gratuit offert par le GPS, mais la précision est plus grande : de l'ordre de 1 mètre. Aucune information d'intégrité n'est assurée. C'est ce service qui sera principalement utilisé par les particuliers ;
  2. le service commercial (ou CS pour Commercial Service: en échange dune redevance versée à lopérateur Galileo, il offrira de nombreux services à valeur ajoutée (garantie du service, intégrité et continuité du signal, meilleur précision de la datation et des données de positionnement ou encore la diffusion d'informations cryptées à l'aide de 2 signaux supplémentaires). C'est principalement les abonnements à ce service qui assureront le financement de Galileo ;
  3. le service de sûreté de la vie (ou SOL pour Safety Of Life service: il délivrera un service sécurisé, intègre et fiable, en vue des applications critiques sur le plan de la sécurité de la vie tels que le transport aérien, maritime et terrestre ;
  4. le service public réglementé (ou PRS pour Public Regulated Service: sadressera en priorité aux utilisateurs remplissant une mission de service public, très dépendants de la précision, de la qualité du signal et de la fiabilité de sa transmission (services durgence, transport de matières dangereuses, transport de fonds, etc.). Comme ce service doit être disponible en tout temps, il utilise deux signaux à part et dispose de plusieurs systèmes prévenant un brouillage du signal ;
  5. le service de recherche et secours (ou SAR pour Search And Rescue service: il permettra de localiser lensemble du parc des balises Cospas-Sarsat 406 MHz et de renvoyer un message d'acquittement vers les balises en détresse. La réglementation et la définition des fonctions sont sous la charge de l'Organisation Maritime Internationale (OMI) et de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI).

Avec Galileo enfin, on espère la création de 140 000 emplois directs en Europe.

Les systèmes à trajet montant

Contrairement aux satellites à trajet descendant, les satellites à trajet montant ont une charge utile complexe et ses émissions peuvent être brouillées mais lémetteur au sol, ou en mer, dans le cas dune bouée, est très simple. Pour faire connaître sa position et les données scientifiques que celui-ci est censé recueillir, un émetteur, qui peut peser moins de 20 grammes, émet un message codé régulièrement vers lespace. Un des satellites de la constellation va alors capter linformation qui lui sera arrivée par liaison montante et lenregistrer. Le satellite peut calculer la distance de lémetteur en connaissant le temps que londe a mis pour parcourir le trajet et sa position grâce à leffet Doppler. Dès que le satellite passe au dessus dun des 21 centres de traitement des données, il renvoie les informations collectées qui seront alors analysées par après.

Applications des systèmes à trajet descendant

La navigation militaire

Étant réservé uniquement aux militaires, elle n'est pas accessible aux récepteurs du commerce. Mais le GPS étant à la base un projet militaire, il est clair quil y a de nombreuses applications dans ce domaine : il a notamment été utilisé durant les campagnes de la guerre des Balkans et de la seconde guerre du Golfe pour guider des missiles, pour guider les troupes et les localiser, avoir une bonne vue densemble du champ daction

Les relevés topologiques et études des mouvements terrestres

Pas mal de personnes ignorent que les systèmes de géopositionnement peuvent jouer un rôle de prévention dans certaines catastrophes naturelles. En effet de nombreux systèmes sont développés ou sont en cours de développement sur Terre pour surveiller une faille active ou encore mesurer les déformations dun volcan. Des applications en géophysiques, certes moins spectaculaires, sont elles aussi faites grâce aux GPS : la mesure de la tectonique des plaques, la mesure du géoïde, …

Mesures de la tectonique des plaques

Pour mesurer la vitesse à laquelle les plaques terrestres avançaient, on faisait, avant davoir le système GPS, des estimations à partir des roches situées près des dorsales océaniques. On constate quil y a des bandes de roches aimantées vers le nord ou vers le sud selon la période à laquelle elles se sont solidifiées car le magnétisme terrestre change de sens de manière périodique.

L'inconvénient majeur de cette méthode est qu'elle ne fournit qu'une estimation calculée sur les temps géologiques. Les vitesses des déplacements présents pouvant être très différentes, il était indispensable de pouvoir mesurer la vitesse instantanée des déformations actuelles.

Le système utilisant le GPS est relativement simple : à un endroit donné, on fixe une tige métallique solidement liée à la roche. À lexacte verticale de celle-ci, on place l'antenne GPS exactement à la verticale du centre du repère, à une certaine hauteur. Grâce au système GPS, on calcule avec précision la position du repère dans lespace. Un certains temps après, on recommence lopération et on calcule ainsi la vitesse de déplacement.

Pour avoir la déformation dans une zone considérée, on mesure le déplacement dun certain nombre de points répartis sur ladite zone.

Pour obtenir des mesures précises (de lordre du millimètre), on est obligé de faire de nombreuses mesures durant un certain temps et simultanément avec tous les repères de la zone. Habituellement, on effectue une mesure toutes les 30 secondes, pendant 3 jours, sur tous les satellites visibles à chaque instant.

Cela représente une moyenne de 30 000 à 40 000 mesures par point. Évidemment, le temps de mesure est conditionné par la précision requise. Pour une précision de quelques centimètres, il faut mesurer pendant une durée de l'ordre de l'heure. Grâce à cette technique, on a pu avoir des mesures extrêmement précises de la vitesse et de la direction des plaques terrestres ce qui a aidé les chercheurs à affiner leurs modèles.

Résultats obtenus grâce au procédé GPS : Pacifique : 10 cm/an vers le N-O Amérique du Sud : 1cm/an vers le N Eurasie : 1cm/an vers lE Nazca : 7cm/an vers lE Afrique : 2cm/an vers le N Philippines : 8cm/an vers lO Antarctique : tourne sur elle-même Arabie : 3cm/an vers le N-E Inde-Australie : 7 cm/an vers le N Coco : 5cm/an vers le N-E Amérique du Nord : 1cm/an Caraïbe : 1cm/an vers le N-E

La surveillance dune faille active

Les séismes et les phénomènes liés à ceux-ci ont été la première cause de mortalité dans les catastrophes naturelles durant le siècle dernier. Malheureusement, les scientifiques ont énormément de difficultés à créer un modèle précis pour prévoir les tremblements de terre, car ils ne disposent pas dun temps détude suffisamment grand et subissent leffet aléatoire de ces événements. Malgré tout, de nombreuses études sont menées afin de découvrir les signes avant-coureurs de ces catastrophes et de pouvoir créer un système dalerte efficace pour les populations. Les américains furent les premiers à envisager l'application du système GPS à la géophysique. Principalement à cause du très grand risque de séisme majeur dans létat de Californie. Dans cette région du monde, le coulissement de deux plaques tectoniques le long de la faille de « San Andréas » provoque régulièrement des séismes dévastateurs. En mesurant la position de points répartis de part et d'autre de la faille, et les mouvements de ces points au cours du temps, il est possible de cartographier celle-ci précisément. L'analyse de la déformation de la surface du sol dans la région de la faille donne des informations sur la profondeur de la fracture, la longueur des segments actifs, les zones le risque de séisme est le plus important, bref affine les modèles des géologues.

D'autre part, après un séisme, la mesure GPS donne accès au déplacement total du sol occasionné par celui-ci. Cette information est particulièrement utile pour la compréhension des mécanismes fondamentaux de la rupture sismique. Enfin, il est même possible de mesurer la position de points GPS pendant un séisme. En calculant la position du point à chaque mesure, on peut littéralement voire le point se déplacer pendant les quelques dizaines de secondes que dure le tremblement de Terre. Si ces points sont bien répartis, on peut également voire la rupture se propager le long de la faille. encore, toutes ces informations permettent d'analyser la propagation des ondes sismiques, et les mouvements de la surface qui en résultent. Ce type de réseau est maintenant mis en place autour d'un grand nombre de failles actives de part le monde : au Japon, en Indonésie, en Birmanie, ou encore en Turquie. Il faut rappeler que 500 millions de personnes dans le monde vivent dans une zone sismique à risque.

La vulcanologie

Grâce au GPS, il est possible de surveiller la déformation d'un volcan en activité. Avec quelques points GPS judicieusement placés et mesurés en continu, on peut suivre jour après jour les déformations dues à la montée de lave. Ces mesures sont utiles aux volcanologues pour quantifier les phénomènes associés à une éruption. On peut également imaginer un processus de prédiction : les données seraient envoyées en permanence à un centre de contrôle qui rassemblerais les informations obtenues avec les capteurs GPS. Grâce aux précédents modèles établis par ces derniers ont pourrais donc déterminer à quel moment la situation devient critique et quil faut évacuer la zone. Ce système est testé actuellement sur lEtna, sur le Piton de La Fournaise, à la Réunion et en Martinique, à la Soufrière.

La navigation civile

Cest le secteur dapplications que le grand public connaît le mieux. Cest dailleurs le GPS qui est cité en premier lieu dans les applications de la recherche spatiale. Il y a bien sûr le fait que le système GPS équipe de plus en plus de voituresMais les applications destinées aux civils ne se limitent pas à cela uniquement. Il existe en effet bien dautres systèmes qui utilisent le GPS ou le GPS couplé avec un autre système afin dobtenir un meilleur service. Ces derniers sont extrêmement divers : il y a notamment lagriculture de précision, à la lutte contre le car-jacking en passant par le repérage des balises de détresses.

  • Lagriculture de précision

L'agriculture de précision est un concept de gestion des parcelles agricoles. Elle repose sur le principe dapporter la bonne dose, au bon endroit, au bon moment. L'agriculture de précision peut être utilisée pour optimiser la gestion d'un terrain à 3 niveaux :

  1. environnemental : on limite les pesticides, les engrais et autres produits polluants.
  2. agronomique : on ajuste les besoins de la plante à ses vrais besoins dune manière extrêmement précise.
  3. économique : on augmente la compétitivité en augmentant le rendement du terrain et du temps de travail.

Elle requiert lutilisation de nouvelles techniques, telles que la localisation par satellite et l'informatique. Le GPS est ici utile dans la première phase de lagriculture de précision, c'est-à-dire la maîtrise de l'espace de travail. Grâce à la précision du système GPS et de capteurs spéciaux, prenant en mémoire certaines indications et notes de lagriculteur à certaines coordonnées prises lors de son travail, il sera possible en cas de problème de retourner précisément sur les lieux. Mais lagriculteur peut aussi noter les endroits les plus fertiles. Grâce à des « cartes de fertilités » extrêmement précises, obtenues au fur et à mesure des années, il peut ainsi décider de sa future politique doccupation de ses parcelles. Sil veut mettre de lherbicide afin déliminer toute trace de résistance dans son champ, il pourra également le faire de manière plus productive en évitant de repasser il est déjà passé et ne pas oublier certaines zones.

Malgré tout, lagriculture de précision reste un outil cher (le coût d'équipement en matériel informatique et logiciel SIG, associé au prix d'un GPS et d'un capteur de rendement est d'environ 15000 euros) et nest souvent réservé quaux plus gros propriétaires. Mais lon prévoit une diminution des prix dans le futur et ainsi une plus grand utilisation de ce système.

  • Pour le « guidage privé »

Les récepteurs GPS sont vendus dans les grandes surfaces ou équipent de série les véhicules. Les plus petits tiennent dans la poche et valent le prix dun agenda électronique haut de gamme. Le GPS est aussi utilisé comme système de navigation les concurrents des rallye-raids ainsi que par les randonneurs et autres pratiquants de sports en pleine nature.

  • La pêche de précision

Les pêcheurs peuvent, eux, localiser leur(s) bateau(x) avec une grande précision pour assurer leur sécurité face aux dangers de la mer (intempéries ou collisions) et augmenter la productivité de leurs activités de pêche. Sans compter que les GPS peuvent les guider pendant les tempêtes et lors des manœuvres dans les ports.

  • Le guidage des avions

Une des premières applications pratique du GPS dépassant le simple positionnement a été mise en œuvre sur laéroport de Chicago, un des plus encombrés des États Unis. Il ne sagissait pas de permettre aux pilotes de se positionner en vol, comme on pourrait le croire, mais de permettre à la tour de contrôle de connaître à tout moment la position des avions au sol afin de gérer au mieux leurs déplacements, le séquençage des décollages et déviter les collisions, en particulier les jours de brouillard. Chaque avion est muni dun récepteur GPS qui calcule sa position en permanence et la diffuse par radio à la tour de contrôle. Dans la tour, un ordinateur reçoit ces positions et les affiche en temps réel sur écran, sur le plan de laéroport. Un «radar sans radar», en somme, qui permet aux contrôleurs davoir toute linformation nécessaire résumée sur un simple écran. Et puis, qui ne connaît pas le pilote automatique dans les avions, système qui a déjà aidé maints pilotes en difficultés ? Le pilote automatique nest en fait une prise en charge de lappareil, couplée avec une trajectographie guidée par des positions GPS en temps réel !

  • La lutte contre le car-jacking

Cest en fait un processus passif. Dans ce cas, on installe un récepteur GPS sous le capot du véhicule à protéger. En cas de vol du véhicule, lutilisateur appelle un centre de recherche qui va alors capter le message radio envoyé en continu par le récepteur pour donner sa position. Il ne reste alors plus à la police quà se rendre au domicile des voleurs pour les « cueillir » et récupérer la voiture.

Application des systèmes à trajet montant

Sauver des vies

Développé dans ce but, on estime que entre 1982 et 2005, le système Copsas-Sarsat a permis de secourir plus de 14 000 personnes, en majorité dans le domaine maritime.

Protéger et sauvegarder la faune sauvage

En plaçant des balises sur les animaux sauvages tels que les oiseaux migrateurs, les scientifiques peuvent aisément observer leurs déplacements. Ils peuvent ainsi obtenir des informations, inaccessibles normalement, nécessaires à la sauvegarde de certaines espèces protégées.

Connaître et comprendre locéan et latmosphère

Argos contribue activement à comprendre les océans en collectant et traitant les données fournies par 5 000 bouées dérivantes, 1 500 flotteurs de grand fond, 300 bouées ancrées et stations fixes. Ces balises mesurent la pression atmosphérique, la direction et la vitesse du vent, les courants de surface, etc.

Surveiller les volcans

La surveillance permanente des volcans permet de détecter immédiatement tout risque potentiel pour la population et les compagnies aériennes, qui sont parfois amenées à traverser des nuages de cendres volcaniques.

Le système Argos a été introduit dès 1992 dans des réseaux de pré-alerte volcanique (associés parfois à des détecteurs GPS). Une quarantaine des 120 volcans que compte lIndonésie sont ainsi équipés de stations de mesures Argos autonomes.

Mesurer et gérer les ressources en eau

En plaçant des émetteurs sur certains fleuves, on peut prévenir déventuelles pénuries. Les émetteurs Argos donnent en effet lélévation du niveau du fleuve. Ces données permettent de mieux gérer lexploitation des barrages, le refroidissement des centrales thermiques et nucléaires, etc.

Satellite d'observation de la Terre

Les satellites dobservations sont une des composantes majeures de la technologie spatiale. En effet, ils correspondent à un besoin très important pour beaucoup dactivités humaines : avoir une vision globale de la Terre. Avant l'ère spatiale, l'homme n'avait en effet jamais pu embrasser l'ensemble d'un hémisphère dun seul coup d'œil. Il a donc fallu la mise en orbite des premiers véhicules spatiaux pour faire reculer l'horizon accessible et montrer notre planète comme jamais nous ne l'avions vue auparavant. Aujourd'hui, le satellite d'observation est devenu indispensable aux scientifiques et aux industriels comme aux militaires. Il offre à chacun d'entre eux une multitude de raisons d'observer la Terre depuis l'espace dans lensemble du spectre électromagnétique.

Article détaillé : Satellites de télédétection.

Petit historique de l'observation aérienne et spatiale

  • Le ballon : Au milieu du siècle dernier, le ballon a permis au photographe français, Félix Tournachon, de réaliser au-dessus de Paris les premières photographies aériennes. Mais cest véritablement pendant la Guerre de Sécession (1861-1865) que les ballons devinrent les premiers moyens de reconnaissance aérienne .
  • Lavion : Au début du XXe siècle, l'avion a montré tous ses avantages en tant que plate-forme d'observation à usages civils ou militaires. De nos jours, des avions spécialement aménagés en studio volant, équipés de chambres de prise de vue ou d'autres instruments, effectuent dans le monde entier des missions pour la cartographie, l'étude des forêts, l'urbanisme, l'espionnage, la surveillance de la pollution, la recherche archéologique ou pétrolière, etc. La photographie aérienne fournit des documents d'excellente qualité, couvrant une faible surface au sol mais avec une résolution de quelques décimètres seulement. Cependant il s'agit de missions ponctuelles, limitées dans le temps et l'espace, très coûteuses.
  • Le satellite artificiel : Apparu en 1957, le satellite artificiel possédant des propriétés (données répétées, sur de grande étendues, sans contraintes imposées par les frontières politiques et faible coût comparée à la durée de la mission) qui en font une exceptionnelle plate-forme d'observation est devenu loutil de référence pour observer la Terre.

Fonctionnement des satellites d'observation

Principe général

Ces satellites reposent sur la détection et la mesure par leurs capteurs du flux de rayonnement électromagnétique en provenance de la zone observée. On interprète ensuite les données en tenant compte des lois physiques suivantes :

  • Plus la longueur donde est courte, plus la température de lobjet est élevée (Formule de Planck : Energie= (6.6310-36) fréquence).
  • Chaque objet étudié (plante, maison, surface d'eau ou masse d'air) émet ou réfléchit du rayonnement à différentes longueurs d'onde et intensités selon son état (composition chimique).

Pour assurer la complémentarité des mesures, les scientifiques utilisent plusieurs capteurs spécialisés dans une longueur donde particulière pour étudier un même phénomène terrestre.

Classement des différents types de capteurs-imageurs

  • Selon la passivité du système
    • Après avoir été à lorigine constitués par des caméras photographiques, les capteurs actuels sont soit de type passif le signal reçu par le système optique est renvoyé sur des détecteurs qui le transforme en signal électrique (principe du scanner), soit de type actif.
    • Le capteur actif est un radar : il émet un signal, dans le domaine des hyperfréquences, et enregistre la réponse renvoyée par les surfaces et les objets observés. Ce capteur permet démettre et de recevoir un signal quelles que soient les conditions atmosphériques et les conditions déclairement.

Système actif : l'instrument embarqué à bord du satellite ERS émet un signal qui est rétrodiffusé par le milieu observé et détecté par l'antenne « A ». Système passif : l'instrument embarqué à bord du satellite SPOT reçoit le rayonnement solaire réfléchi par le milieu observé.

  • Selon les bandes spectrales

Les capteurs utilisent différentes bandes spectrales selon leur mission.

  • Selon le champ dobservation
  • Selon lorbite

Un satellite géostationnaire est placé au-dessus de l'équateur et a la même vitesse de rotation que la terre elle-même, ce qui fait quil semble stationnaire du point de vue d'un observateur sur le plancher des vaches (voir annexe V). À 36 000 km daltitude, il peut observer un hémisphère entier. Un satellite orbital polaire fait le tour de la Terre avec une inclinaison proche-polaire, signifiant quil passe toujours exactement au dessus de laxe de rotation de la Terre. Le satellite passe l'équateur et chaque latitude au même moment solaire local chaque jour. Lorbite du satellite polaire est beaucoup plus basse qu'une orbite géostationnaire et voit ainsi une plus petite partie de la surface, mais dans avec un détail plus fin. Les deux types de satellites polaire et géostationnaire devraient être vus comme complémentaires. Chaque catégorie a des qualités et des défauts que lautre na pas et un système dobservation idéal (une « constellation » de satellites ) essaye de combiner les avantages de ces deux modes dobservation.

Avantages et inconvénients dun satellite géostationnaire :

Le satellite est visible en permanence de tous les points dune large zone (un tiers de la surface planétaire). Cela signifie un envoi de données fréquent (chaque minute au mieux), ce qui permet un bon suivi dévénement se déroulant rapidement. Une seule station est nécessaire pour la maintenance du satellite. Mais les régions polaires ne sont pas visibles et la résolution au sol est mauvaise.

Avantages et inconvénients dun satellite en orbite polaire :

Il assure une couverture globale et une bonne résolution au sol. La synchronisation avec le soleil produit une illumination constante pour les surfaces observées ainsi quune énergie maximale pour les instruments. Malgré cela, lobservation continue dun point particulier est impossible, bien quun système de satellites multiple résolve le problème, et la maintenance du satellite exige beaucoup de stations au sol.

Applications dans le domaine militaire

Les satellites militaires ont constitués la première forme de satellites dobservation : en effet, dès 1959 et dans le cadre de la Guerre Froide, les États-Unis et lURSS ont développé des satellites militaires dobservation, que lon appelle couramment et abusivement des « satellites espions » (les premiers dentre eux furent la série des Discoverer ). Ils permettaient bien évidemment de pouvoir observer les ressources militaires de lennemi dans des zones peu accessibles afin dévaluer le danger que celles-ci étaient susceptible de représenter; cela a donc servi de base aux autres applications civiles des satellites dobservation. Tout ceci était entièrement licite vu que les frontières nont plus cours à une altitude supérieure à 80 km. Les deux pays évitaient donc les problèmes diplomatiques liés à lobservation de puissances étrangères à partir davions espions comme les U2 pour les États-Unis. Ainsi, on a pu découvrir que lURSS avait, tout comme les États-Unis, un programme d'exploration habitée de la Lune ! Mais plus important que cela, ces satellites ont eu un rôle stabilisant dans la Guerre Froide. En effet, ils permettaient de vérifier la véracité des messages de propagande adverse ou les déclarations de politiciens (le missile gap dans les années 1960): si par exemple lURSS affirmait posséder 1 000 ogives nucléaires alors que les satellites nen observaient que 10, on en concluait que la menace était moins grande, ce qui rééquilibrait les 2 forces en présence . Cela permettait aussi de découvrir certaines menaces réelles et de les supprimer. Le meilleur exemple est la crise de Cuba. Grâce à des photos satellites, on a pu démontrer la présence de missiles intercontinentaux sur lîle de Cuba devant les Nations Unies ce qui a permis de faire retirer la menace de lîle. Les satellites militaires permettent aussi de guider des unités ou missiles ou dintercepter des communications téléphoniques. Mais la vocation première dun satellite militaire est d'aider les militaires, non seulement dans le secteur stratégique mais aussi sur le champ de bataille.

Météorologie

Vue de la Terre par un satellite météorologique GOES (Source: NOAA)
Article détaillé : Satellite météorologique.

Jusqu'aux années 1960, les prévisions météorologiques étaient beaucoup plus aléatoires quaujourdhui. Une des causes de ce problème est que les stations météo de surface et en mer n'existent que dans peu d'endroits et que celles de radiosondage sont encore plus dispersées. Partout ailleurs, les conditions atmosphérique restaient un mystère à cet époque. De plus, les météorologistes ne disposaient que de peu de recul face aux informations quils obtenaient et ne pouvaient par conséquent tout modéliser. Ainsi, il était impossible pour eux de mesurer à l'échelle planétaire et à grande résolution la température de surface de la mer, dobserver les nuages en altitude, de connaître le rayonnement terrestre ou encore de suivre en direct le déplacement dune tempête tropicale.

C'est 1962, que le premier satellite dédié à la météorologie a été lancé : TIROS-1. Toutes ces données sont maintenant disponibles grâce aux satellites météorologiques. Ils ont créé une véritable révolution. Le simple fait doffrir une couverture complète de la Terre, de jour comme de nuit, a littéralement bouleversé tous les modèles constitués in situ depuis un siècle. Chaque système de dépression ou danticyclone est devenu subitement visible lors de sa formation et de son évolution, chose impossible à observer depuis une station terrestre.

Pour couvrir l'ensemble du globe, plusieurs pays ou ensembles de pays se divisent le travail. L'Europe maintient les satellites Météosat, les États-Unis les satellites GOES et TIROS, le Japon les satellites GMS. La Russie, comme l'Union soviétique avant elle, a également un programme élaboré dans ce domaine. Plus récemment l'Inde et la République populaire de Chine se sont ajoutés à ce groupe. En plus, des satellites ont des missions particulières comme le TRMM pour la mesure de la pluviosité tropicale.

Voici maintenant un aperçu de quelques applications en météorologie qui nauraient pas été possible sans lapport des satellites :

Veille Météorologique Mondiale

L'Organisation météorologique mondiale est un organisme des Nations unies qui voit à la coopération des services météorologiques nationaux. L'un des programmes principaux de l'OMM est la Veille Météorologique Mondiale, dont le but est de maintenir un service permanent et mondial dobservation des conditions météorologiques à l'échelle mondiale en favorisant l'échange lirbre des données entre les pays membres. Depuis les années 1960, lapparition des satellites a renforcé la coopération et augmenté la quantité de données transmises.

Suivi des cyclones tropicaux

Grâce aux satellites, la prévision des trajets des cyclones tropicaux a fait des progrès considérables. Ainsi par exemple, en 1992, lors de l'ouragan Andrew, les images Météosat et GOES ont permis de dérouter le trafic aérien et de prendre les mesures nécessaires pour la protection au sol des biens et des personnes. Pareils exemples apparaissent chaque année et il est difficile de calculer le nombre de vies humaines que la prévision de la trajectoire des cyclones (qui doit beaucoup aux satellites) a sauvées. Chaque nouvelle catastrophe souligne cependant les limites des prévisions actuelles en météorologie. La marge de progrès est donc encore très large pour les centres de recherches.

Suivi des épidémies

Les données fournies par les satellites météorologiques permettent danticiper les zones de propagation des maladies mortelles. Prenons lexemple de la paludisme en Afrique. Les données Météosat permettent de repérer les conditions favorables à la reproduction des moustiques, vecteurs de la maladie, et ainsi de développer un système dalerte fiable facilitant le travail des autorités sanitaires. Plus généralement, il existe un lien étroit entre les conditions climatiques et lapparition dépidémies, d limportance de disposer de données précises sur les conditions climatiques pour établir un modèle permettant de prévoir les zones à risque.

Agriculture

Les satellites ont apportés à la météorologie une plus grande précision, ce qui fait que les données que reçoivent les agriculteurs sont, elles aussi, plus précises. Ainsi, ils peuvent adapter leurs activités en fonction des informations météorologiques : gelées, précipitations, brouillard, etc. Pour éviter une longue énumération dapplications de la météorologie de précision dans lagriculture, voici deux exemples qui en démontrent limportance: - En analysant le rayonnement infrarouge de la Terre, le satellite GOES mesure, en Floride, la température du sol toutes les 30 minutes. Ainsi le risque de gel, fatal aux citronniers, est prévu et nest combattu par chauffage au mazout quà bon escient. Léconomie réalisée sélève à 45 millions $US par an. - Une compagnie hawaïenne de production de cannes à sucre estime gagner un million $US par an grâce aux prévisions météorologiques par satellites. En effet, si la pluie survient moins de 48 heures après quon ait procédé aux brûlis précédant la récolte, celle-ci est perdue.

Prévisions numériques

Article détaillé : Prévision numérique du temps.

Depuis le début du XXe siècle, les météorologues savent que l'atmosphère est un fluide dont le comportement est celui de la mécanique des fluides. Le pionnier le domaine de la paramétrisation de l'atmosphère en équations résolvables numériquement, Lewis Fry Richardson, avait déjà essayé de prévoir l'état futur du temps grâce à ces calculs en 1922. Ce n'est qu'avec l'apparition de l'ordinateur que les prévisions numériques du temps (PNT) modernes ont pu se développer à partir des années 1950. La mise en œuvre de la PNT aux fins de la prévision opérationnelle du temps suppose l'aquisition des données d'observations météorologiques couvrant l'ensemble de la planète avec la résolution la meilleure possible. Les données satellitaires sont venus combler un important trous dans ce domaine. De ces données on peut non seulement extraire la couverture nuageuse mais également faire une sondage vertical de la température, de l'humidité et des vents grâce à divers capteurs dans le satellite et algorithmes de traitement des données.

La climatologie

Outre cette discipline à court terme quest la météorologie, les satellites sont aussi extrêmement utiles pour la climatologie. Cette dernière na pas les mêmes exigences que la météorologie. Il ne lui faut pas des données immédiates mais des données sur une période de temps beaucoup plus longue. Les satellites dobservation fournissent donc de longues séries de mesures précises, globales et compatibles avec la dimension planétaire des phénomènes climatiques. Le climat est une « machine » comportant 3 « secteurs » qui interagissent entre eux : locéan, la terre et latmosphère.

Locéanographie

Depuis 1992, locéanographie a été bouleversée par lapparition des satellites dobservation des masses deau. Tous les modèles, établis difficilement par plus dun siècle dobservations en mer, se sont révélés imprécis, trop vieux ou faux après seulement 10 jours de fonctionnement de Topex-Poséidon ! Depuis juin 1995, locéanographie a du être adaptée pour accueillir les deux modes dobservation (par satellite et in situ). On en est arrivé à une océanographie intégrée, c'est-à-dire qui essaye non seulement de comprendre les phénomènes océanique mais qui peut faire des prévisions de lévolution des masses deau. On utilise donc des modèles locéan évolue en temps réel.

  • Océanographie « intégrée » :

En mer, les données satellitaires permettent doptimiser la pêche. En connaissant, grâce au satellite, le déplacement des zones froides ou chaudes et la température de prédilection des différentes espèces de poissons, on peut se diriger directement sur des zones précises et éviter de pêcher trop despèces non désirées. Par le même processus, on peut aider la police maritime et les scientifiques. On peut encore, en modélisant le déplacement des masses deau, optimiser le routage maritime (le pêcheur va profiter de certains courants pour utiliser moins de carburant) ou mieux aménager la côte (3 milliards dêtres humains habitent à moins de 100 km des côtes). On peut aussi informer les personnes travaillant sur des plates-formes off-shore déventuelles zones agitées pour quils puissent stopper le travail à temps. Des satellites altimétriques permettent déjà de cartographier le fond marin en observant la surface et, dans le futur, ces mêmes satellites pourront détecter la propagation dune vague correspondant à un tsunami et ainsi en informer les autorités qui devront se charger du système de prévention. Pour finir, il faut savoir que les océans transportent autant dénergie que latmosphère. Comprendre les mécanismes qui régissent les océans, cest donc comprendre une grande partie de notre climat.

Ainsi, El Niño (littéralement courant de lEnfant Jésus, ainsi nommé parce quil apparaît peu après Noël) est un dérèglement climatique particulier, qui se caractérise par une élévation anormale de la température de locéan. Lors de ce phénomène dénormes masses deau chaude se déplacent le long de léquateur vers lEst créant parfois une élévation du niveau de la mer de plus de 25 cm. El Niño entraîne des transferts considérables de chaleur entre l'océan et l'atmosphère, à lorigine de cyclones et pluies torrentielles à l'approche des côtes d'Amérique du Sud. À l'inverse, sur la bordure ouest du Pacifique les eaux de surface se refroidissent, la sécheresse domine. Le phénomène est encore très mal connu des scientifiques et le satellite Topex-Poséidon offre la possibilité de le suivre et de prévoir son évolution.

Observation de latmosphère

Tout dabord, les satellites jouent un rôle essentiel dans létude du trou de la couche dozone. ERS-2 et Envisat notamment, permettent aux scientifiques de surveiller la dimension du trou. Ils permettent aussi den apprendre plus sur les causes de son extension ou de sa réduction grâce à trois instruments capables détudier les polluants qui détruisent cette couche. Les aérosols et les nuages sont suspectés de jouer un grand rôle dans la machine climatique. Les aérosols en diffusant et en absorbant la lumière ou en modifiant le pouvoir réfléchissant des nuages exercent plusieurs effets sur le climat : directs et indirects. Leffet direct, ou effet Parasol, résulte de la diffusion du rayonnement solaire par les aérosols et conduit à refroidir notre planète. Leffet indirect est un effet refroidissant. Toute la difficulté pour les climatologues consiste donc à mesurer dans quelles proportions jouent les effets de certains phénomènes. Les satellites leurs offrent des instruments pour pouvoir améliorer considérablement leurs systèmes. Pour létude de leffet parasol, cest un satellite homonyme lancé le 18 décembre 2004 qui permet danalyser la polarisation et les directions du rayonnement solaire réfléchi par la Terre et latmosphère. Les chercheurs espèrent ainsi découvrir les propriétés de ces aérosols, leur taille, leur distribution à léchelle planétaire, … Le satellite Parasol permet aussi de découvrir les propriétés des nuages grâce à lobservation des interactions entre ces nuages et les aérosols.

Finalement, grâce à Parasol, on pourra déterminer le bilan de la concurrence entre les deux effets climatiques : effet de serre et effet parasol. Mais un autre satellite, Calipso, est lui capable dobserver les aérosols. En plus de cela, il fournit une « coupe » verticale de latmosphère avec 30 mètres de résolution. Ces 2 satellites font parties, comme quatre autres, de lA-train. Cest en fait un « train » de 6 satellites situés sur une même orbite et chaque « wagon » est séparé de lautre de quelques minutes. Il a été conçu pour exploiter la complémentarité entre 6 satellites franco-américains dans le domaine climatique et océanographique (pour autant, chaque satellite est indépendant des autres) Lavantage de ce genre de dispositif est la possibilité dobserver simultanément les mêmes phénomènes atmosphériques à quelques minutes dintervalle et selon différents critères physiques.

Observation des continents

Le satellite Spot permet en prenant en photo des phénomènes comme les éruptions volcaniques ou les feux de forêts et de déterminer leurs impacts sur le climat. Dautres comme Cryosat et ERS, mesurent les variations dépaisseur des glaciers continentaux. Ils peuvent détecter des icebergs et sécuriser la navigation. Leurs mesures confirment une fonte des glaces, tout du moins en Arctique. Dans les prochaines années il sera ainsi possible de tester les prévisions de fonte des glaces dans le cadre du réchauffement climatique.

Les satellites et le réchauffement climatique

Article détaillé : Réchauffement climatique.

Les satellites, en complément avec dautres mesures prises sur Terre, nous informent donc de changements observés comme lélévation de la température moyenne de la surface terrestre et maritime, lélévation du niveau de la mer, la fonte des glaciers continentaux, laccroissement des précipitations et le trou de la couche dozone. Cependant, tous les facteurs du climat ne sont pas connus pour linstant et nous ne savons pas dans quelle mesure le climat sera modifié. Les satellites devront permettre à lavenir détudier limpact de différents phénomènes et des éventuelles mesures prises pour limiter ce réchauffement climatique. Il faut aussi normalement pour pouvoir « vivre avec » ou, si possible, anticiper le réchauffement de la planète, posséder des moyens dobservations globaux permanents et des systèmes de modélisation ultra précis.

Enjeu majeur, les négociations sur lenvironnement sont amenées à sintensifier dans les prochaines années. Jusquà présent, les hommes politiques sappuyaient sur des données bien fragiles lorsquils polémiquaient, par exemple, sur le trou de la couche dozone ou les gaz à effet de serre. Les satellites, mais pas seulement eux, permettent de livrer des données chiffrées et rigoureuses afin de prendre les bonnes décisions.

L'observation des ressources terrestres

La cartographie

Les cartographes apprécient particulièrement l'aptitude d'un satellite à couvrir instantanément de vastes superficies, même les plus inaccessibles par voie terrestre, et de pouvoir renouveler l'observation à la demande. Les premiers demandeurs de cartes précises sont les ONG qui travaillent après le passage dune catastrophe naturelle (une petite spin-off à Angleur est spécialisée dans la préparation de telles cartes) car beaucoup de pays dans le monde sont pauvres en informations géographiques. Les cartes des pays du Tiers-monde, quand elles existent, sont souvent incomplètes et anciennes. Spot permet par ailleurs de dresser un bilan global des dégâts et de suivre lévolution de la situation au jour le jour. Les satellites Spot ont notamment été très sollicités lors du tsunami qui a touché l'Asie fin 2004 et en 2005, lors de la succession d'ouragans aux États-Unis. Dans les pays industrialisés, cette demande en cartes précises sexplique souvent par des études sur certaines réalisations publiques (routes, barrages, …). Les cartes en 3D obtenues grâce aux radars permettent aussi aux opérateurs téléphoniques de pouvoir mieux situer leurs antennes. Enfin, les archéologues ont pu découvrir des anciens tombeaux en Égypte, cachés sur le sable, grâce à ces mêmes images radars qui pouvaient cartographier le relief en dessous du sable. Il faut noter aussi le développement des applications de géolocalisation sur Internet, avec les satellites de GeoEye et l'utilisation qu'en fait Google par exemple.

La prospection minière

Chaque minéral possède sa propre « empreinte » électromagnétique. Il va en effet absorber ou réfléchir des parties du spectre lumineux différentes en fonction de sa composition chimique. Ainsi, du fer ne sera pas représenté de la même manière sur une « photo » prise par un satellite-radar que du cobalt. Il ne reste donc plus aux prospecteurs que de vérifier sur le terrain s'il existe un filon et s'il est exploitable.

Lagriculture

De la même manière que chaque minéral possède sa propre « signature » électromagnétique, chaque plante aura une « signature » différente suivant sa nature ou le fait quelle soit saine, en croissance ou malade. On peut donc établir des cartes des cultures, suivre leur évolution, discerner des variations de leur état physique (associées à l'apparition d'une maladie ou un manque d'eau) et estimer les récoltes (en combinant les informations des images avec des données obtenues par ailleurs, notamment sur le terrain).

Lenvironnement

En surveillant la déforestation, la pollution, lérosion des sols, … les satellites dobservations permettent une surveillance globale de la Terre, facilitant la compréhension et la maîtrise de ces phénomènes et jouant un rôle modérateur dans la destruction des ressources naturelles. Les satellites peuvent ainsi connaître les réserves en eau, déterminer limpact de telle ou telle activité sur lenvironnementIls peuvent aussi déterminer létat sanitaire de la végétation après une catastrophe écologique et surveiller limpact de certaines réalisations humaines.

La prévention des risques naturels

La possibilité de programmer certains satellites dobservation permet d'acquérir rapidement des images sur les zones touchées par une catastrophe. Grâce à ces informations, actualisables rapidement, il est possible de mettre à disposition des secours des informations récentes. Le satellite permet également de dresser un bilan global des dégâts et de suivre lévolution de la situation au jour le jour. Les satellites Spot ont notamment été très sollicités lors du tsunami qui a touché l'Asie fin 2004 et en 2005 et lors de la succession d'ouragans aux États-Unis.

Les transferts de technologies

Sil est par excellence un secteur dactivités industrielles linnovation est le maître mot, cest bien le secteur spatial. LEspace est bel et bien le lieu dexpression de la matière grise. Rien détonnant à ce que le développement de systèmes spatiaux se traduise par lavènement de nouvelles technologies, de produits et de services de grande qualité et qui si, certes, ne sont pas des plus nombreux, ont une haute valeur ajoutée.

Au temps des pionniers, tout était à inventer. Il fallait bien sûr imaginer, mettre au point, concevoir, qualifier un ensemble de technologies performantes pour un nouveau monde : des systèmes de propulsion performants et fiables pour saffranchir de lattraction terrestre, des vaisseaux à lépreuve des terribles accélérations et dincroyables écarts de températures, des satellites et des charges utiles aptes à fonctionner dans un environnement extrême baignant dans une microgravité permanente

Mais à chaque fois, on retrouvait et on retrouve toujours au cahier des charges, diverses contraintes : celle de la fiabilité du système tout dabord. Il est en effet difficile daller réparer un satellite une fois celui-ci placé en orbite. Celle du poids ensuite, du fait des coûts de lancement élevés et des limites de puissance du lanceur.

Performance, fiabilité et chasse aux kilos superflus : les concepteurs dengins spatiaux ont toujours en tête cette triple contrainte. Un leitmotiv qui a qui a poussé les chercheurs et lindustrie à concevoir sans cesse de nouveaux matériaux, de nouveaux systèmes.

Dautres techniques proviennent des vols habités. Pour eux sajoutent dautres contraintes liées au effet sur lorganisme du milieu spatiallimpesanteur et le niveau élevé de radiations. Les effets de limpesanteur se font surtout ressentir au niveau des muscles (atrophie), des os (décalcification) et du système sanguin (afflux de sang à la tête, …). Des « remèdes » ont donc du être élaborés pour contrer ces problèmes.

Développées à coup dinvestissements importants, ces techniques spatiales trouvent aujourdhui une nouvelle vie.

Les applications des vols habités

La Station Spatiale Internationale (ISS) a dabord été créée dans un but scientifique. Les applications des vols habités touchent donc essentiellement les domaines des sciences fondamentales de la chimie, de la physique et de la biologie qui ont besoin de limpesanteur pour effectuer certaines expériences. Ces dernières sont préparées sur Terre et effectuées dans lEspace. Les scientifiques interprètent alors les résultats de ces expériences. Ainsi, grâce à limpesanteur, des échantillons de cristaux plus purs ont pu être produits. Ces cristaux sont semi-conducteurs ou supraconducteurs et ont des applications dans de multiples domaines de lélectronique (grâce à eux, plus de données peuvent être envoyées en même temps). Toutefois, il faut préciser que lISS nest pas une usine spatiale et que donc les produits élaborés ne sont pas commercialisés, ni même commercialisables à cause de leur prix.

Si lISS aide aujourdhui principalement les sciences fondamentales, il nen reste pas moins que certaines technologies développées pour aider les astronautes à affronter lenvironnement spatial sont parfois aujourdhui utilisées ailleurs. Par exemple, les couches culottes jetables ont été inventées pour les premiers spationautes, qui avaient besoin de matériaux absorbants à lintérieur de leur combinaisonPlus sérieusement, les mesures prises pour permettre aux spationautes dévoluer dans un milieu hostile profitent aujourdhui aux pompiers. Dans un autre domaine, les travaux réalisés pour assurer la protection des spationautes contre lintoxication alimentaire ont permis daller plus loin dans le conditionnement et lhygiène des aliments. La technologie spatiale dabord conçue pour stériliser leau grâce à deux électrodes lors des missions spatiales de longues durées est aujourdhui utilisée dans certaines piscines pour éviter lutilisation du chlore. Une autre application dont on ne se doute pas de son origine spatiale est le détecteur de fumée, développé dans la station orbitale Skylab lancée en 1973. Une autre application qui peut sauver des vies et qui trouve son origine dans le cadre du programme Apollo est le radeau de secours qui peut se gonfler en 12 secondes.

Les vols habités trouvent surtout des applications dans le domaine de la médecine. Comme dit dans lintroduction, plusieurs remèdes et techniques ont été développés pour contrer les effets indésirables du « mal de lEspace ». Ainsi, la téléassistance ou télétraitement, nés pour les besoins du vol spatial, servent à la surveillance et au soin de personnes à mobilité réduite ou vivant dans des lieux isolés. Cette technique est surtout utilisée aux États-Unis. Comme la télésurveillance, le holter a été développé pour pouvoir suivre le rythme cardiaque des astronautes pendant le vol. Cet électrocardiogramme équipe aujourdhui tous les cabinets de cardiologie. Pour faire face au phénomène de décalcification des os, des techniques dévaluation de la densité osseuse ont contribué au développement dinstruments utilisés pour étudier lostéoporose. Toujours dans les techniques importées des vols habités, des appareils robotiques daide aux astronautes sont aujourdhui utilisés pour aider les handicapés. Une dernière découverte dans létude des échanges gazeux dans les poumons lors de long séjour dans lEspace par le professeur Païva, physicien à la faculté de médecine à lhôpital Erasme de lULB, a permis lélaboration de vêtements spéciaux (dont le nom est Mamagoose) pour lutter contre la mort subite du nourrisson.

Applications diverses

Outre les applications des vols habités, nous allons voir maintenant un aperçu de technologies et de matériaux transférés de la recherche spatiale vers dautres domaines, classés dans « divers » parce quils sont très hétéroclites et il est par conséquent impossible dopérer une classification logique. Il ne sagit ici nullement dune liste complète mais de simples exemples.

Aussi incroyable que cela puisse paraître, les code-barres ont été originalement conçus par la NASA pour assurer le suivi des millions de pièces que comportent les engins spatiaux. Le codage par code-barres est dorénavant utilisé par presque tous ceux qui ont quelque chose à vendre. Ce système facilite la gestion automatique des stocks. Certains freins en composite réfractaires sont dérivés de la technique spatiale dans ce domaine. Toujours dans le domaine automobile, saviez-vous que ce sont les accéléromètres et la technologie des boulons pyrotechnique mis au point pour les lanceurs qui déclenchent aujourdhui les airbags ? Les alliages à mémoire de forme sont dorénavant utilisés dans les hôpitaux non pour faire pivoter les panneaux solaires de satellites mais bien pour maintenir en place deux morceaux dun os fracturé. Il faut nous reporter 45 ans en arrière, au lancement du satellite passif de télécommunication Echo. Lenveloppe de ce cet énorme ballon, de plus de 30 mètres de diamètre, consiste en une feuille de plastique rendue réfléchissante par les ondes radioélectriques grâce à une fine couche de particules daluminium. Cest la firme King-Seeley Thermos qui a repris les propriétés de ce composite pour en faire les bouteilles thermos : légèreté et réflexion des ondes infrarouges par lesquels se dissipe la chaleur. Enfin, on compte parmi ces matériaux dérivés de la recherche spatiale nombre de composites ignifugés ou des tissus traités chimiquement qui entrent dans la fabrication des draps, des meubles, des parois intérieures des submersibles, des uniformes des personnes qui manipulent des matières dangereuses et des vêtements des coureurs automobiles.

Des milliers dautres applications sont en cours délaboration ou déjà utilisées dans notre vie quotidienne, comme des chaussures athlétiques, des panneaux solaires ultra performants, limagerie médicale, le thermomètre auriculaire, lantenne parabolique, …

Consciente de ce pouvoir dinnovation, lESA a lancé le TTP (Technology Transfert Programme). Il sagit de mettre les acquis de la recherche spatiale à la portée dautres secteurs dactivités, au service des besoins de la société. En un peu plus de 10 ans, les transferts de technologies spatiales européennes ont débouchés sur près de 150 nouvelles applications terrestres.

L'emploi dans les secteurs spatiaux

En Europe

Article détaillé : Industrie spatiale.

LESA estime quau sein de ses membres, le secteur spatial emploie directement 40 000 personnes mais quil génère indirectement également 250 000 jobs supplémentaires. Statistiquement, 30% des travailleurs directs sont ingénieurs, 40% ont une formation scientifique, 15% ont des emplois administratifs et il y a 15% de collaborateurs dateliers.

En Amérique

En Asie

En Océanie

En Afrique

Annexes

Bandes utilisées dans les télécommunications

Les principales bandes utilisées (fréquence de montée / fréquence de descente) sont les suivantes :

  1. la bande L (1,6/1,4 GHz), réservée aux communications mobiles. Constituant la bande de fréquences la moins sujette aux perturbations atmosphériques, elle est utilisée par de petites stations terrestres mobiles (bateaux, véhicules terrestres et avions).
  2. la bande C (6/4 GHz), très employée par les centaines de satellites actifs en orbite.
  3. la bande X (8/7 GHz), réservée aux applications militaires ;
  4. la bande Ku (14/12 GHz), également beaucoup utilisée, principalement par de grandes stations terrestres fixes ;
  5. la bande Ka (30/20 GHz), utilisée commercialement pour la première fois en 2004 par le satellite de télécommunications canadien Anik F2.

Les caractéristiques des systèmes de positionnement

Transit

  • Nom : Navy Navigation Satellite System (ou Transit)
  • Concepteur: larmée américaine (DoD).
  • Dates : Transit fut le premier système spatial de navigation. Il exploitait l'effet Doppler des signaux reçus des satellites. Il a été déclaré opérationnel à partir de 1964 pour la Défense américaine et en 1967 pour lactivité civile. Il a cessé dêtre exploité en 1996, le relais étant pris par le système GPS.
  • Pour répondre à quelles attentes ? : Il fallait à la marine américaine un système précis pour guider ses missiles balistiques sous-marins, accessible quelles que soient les conditions météorologiques
  • Segments :-Sur Terre : 3 stations.

-Dans lEspace : 6 satellites sur une orbite polaire de 1000 km daltitude.

  • Limites : - contrôlé par des militaires, donc le signal peut être brouillé à tout instant sans que lutilisateur ne le sache.

- laltitude relativement basse diminue la durée de visibilité du satellite ce qui fait que lexploitation est très discontinue. - les récepteurs qui ont une trop grande vitesse de déplacement (avions) ne peuvent utiliser ce système.

GPS

Article détaillé : Global Positioning System.
  • Nom: Global Positioning System - NAVigation System with Time And Ranging.
  • Concepteur: larmée américaine (DoD).
  • Dates importantes: développés à partir de 1973, les satellites ont été lancés en 3 phases : de 1978 à 1985, une première génération de satellites « test » est lancée (Bloc I). À partir de 1989, ce ne sont pas moins de 28 satellites (dont 4 de réserve) qui sont mis en orbite afin de pouvoir commencer la phase opérationnelle en 1993 (Bloc IIA). La dernière génération de satellites plus performants est lancée en 1996 (Bloc IIR).
  • Pour répondre à quelles attentes ? : étant à lorigine un projet purement militaire, le GPS était surtout attendu pour offrir un service homogène et en 3 dimensions de positionnement pour larmée.
  • Segments :
    • Sur Terre : 5 stations
    • Dans lEspace : 30 satellites dont 4 de réserve à une altitude orbitale de 20 000 km sur 6 plans orbitaux différents.
  • Limites : Concernant la précision, le GPS étant un système développé pour les militaires américains, une disponibilité sélective a été prévue. Depuis 1990, les civils n'avaient accès qu'à une précision faible (environ 100m). Le 1er mai 2000, le président Bill Clinton a annoncé qu'il mettait fin à cette dégradation volontaire du service. Cependant, le système peut toujours être soumis à un brouillage du signal sans que les utilisateurs nen soit informé, ce qui en fait un service moyennement sûr pour les activités comme le guidage des avions par exemple.

GLONASS

  • Nom: GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (système global de navigation par satellite).
  • Concepteur : larmée russe.
  • Dates : Premier lancement en 1982, véritablement opérationnel en 1995 mais pour un temps relativement court du fait du manque de budget dont souffrait lagence spatiale russe. On a cependant constaté ces dernières années un regain dintérêt des autorités russes pour Glonass. Plusieurs satellites sont désormais lancés régulièrement chaque année.
  • Pour répondre à quelles attentes ? : Les mêmes que le GPS.
  • Segments :
    • Sur Terre : 5 stations mais uniquement en Russie.
    • Dans lEspace : 24 satellites sur 3 orbites de 19 100 km daltitude mais dont seulement 16 fonctionner actuellement.
  • Limites : Nombre de satellites insuffisant actuellement pour fournir une couverture globale.

GALILEO

  • Nom : Galileo.
  • Concepteur : LESA. Projet civil avec des applications militaires.
  • Dates : Lancement du premier satellite « test » Giove-A le jeudi 29 décembre 2005. Le système pourra être utilisé en 2010 et sera totalement opérationnel vers 2012.
  • Pour répondre à quelles attentes ? : Elles sont multiples : mettre à disposition des utilisateurs civils et militaires un système précis et intègre permettant de connaître leur position en temps réel; ouvrir un marché estimé à 250 milliards deuros (!) au minimum pour un investissement de 3.2 milliards deuros; créer selon les estimations de lUnion Européenne 100 000 nouveaux emplois et surtout devenir indépendant des États-Unis dans ce domaine. Cest donc peu dire que lon attend beaucoup de Galileo.
  • Segments :
    • Sur Terre : 2 stations principales situées en Europe et une vingtaine dautres situées partout ailleurs dans le monde.
    • Dans lEspace : 33 satellites sur 3 orbites circulaires à 24 000 km daltitude dont 1 de réserve sur chaque orbite.
  • Limites : il ne sera totalement actif que dans 5 ans.

Argos

Etabli depuis 1978 par la coopération entre les États-Unis et la France, Argos est constitué de 6 satellites en orbite polaire héliosynchrone et de plus de 15 000 balises sur lensemble de la Terre. Son but est dassurer la localisation et la collecte de données pour létude de lenvironnement.

Cospas-Sarsat

Cospas-Sarsat résulte dune coopération internationale dans le but daméliorer les opérations de recherche et sauvetage sur la totalité du globe en fournissant des informations dalerte et de localisation. Il est opérationnel depuis 1982. Les émetteurs Cospas-Starsat se déclenchent soit par linertie à limpact, soit par immersion, soit manuellement quand cela est possible.

DORIS

Le système Doris développé par le CNES, a pour but de permettre la détermination fine dorbites ainsi que la localisation de balises. Il constitue une alternative au GPS dans la localisation des satellites sur leur orbite.

Les 3 lois de Kepler et différentes orbites

La mission dun satellite ou de tout véhicule spatial lui impose de décrire une trajectoire bien déterminée. Il faut donc quil puisse la rejoindre et sy maintenir. Il doit également conserver une certaine orientation par rapport à la Terre et au Soleil. Cette attitude lui permet de recevoir suffisamment dénergie solaire, deffectuer des prises de vue dans les conditions voulues ou de communiquer avec la Terre. A chaque mission correspond donc un type dorbite bien précis. Comme tout objet spatial un satellite est soumis aux 3 lois formulées par Kepler :

  • Loi I : lorbite a la forme dune ellipse dont le foyer se trouve au centre de la Terre ; le cercle est en fait un cas particulier de lellipse dont les deux foyers sont confondus au centre de la Terre.
  • Loi II : Le satellite se déplace dautant plus vite quil est près de la Terre ; en terme précis, la droite qui joint le centre de la Terre au satellite balaie toujours une aire égale dans un intervalle de temps donné.
  • Loi III : le carré de la période de rotation du satellite autour de la Terre varie comme le cube de la longueur du grand axe de lellipse. Si lorbite est circulaire, le grand axe est alors le rayon du cercle.
    • Lorbite géostationnaire (ou de Clarke) est un cas particulier de la troisième loi. Elle correspond en fait à une altitude de 36 000 km car cest à cette altitude que la période du satellite correspond exactement à la période de la Terre, soit 23 heures, 56 minutes et 4 secondes. Vu de la Terre donc, un satellite situé à cette altitude est immobile dans le ciel : cest donc lorbite parfaite pour les satellites de télécommunication et pour certains satellites dobservation (météo) qui doivent couvrir une zone définie.
    • Lorbite héliosynchrone est une orbite basse dont le plan conserve un angle constant avec la direction Terre-Soleil. Les orbites héliosynchrones permettent dobtenir une heure solaire locale constante au passage en un lieu donné, ce qui détermine un éclairement constant et un balayage de presque toute la surface du globe, lorbite étant quasi polaire. Ces caractéristiques en font une orbite idéale pour des satellites dobservation de la Terre.
    • Lorbite polaire est une orbite circulaire basse (entre 300 et 1000 km daltitude souvent) qui a la particularité dêtre inclinée de telle manière que lobjet sur cette orbite passe au plus près des pôles à chaque « balayage » de la surface terrestre.

Notes et références de l'article

Voir aussi

Articles connexes

Liens et documents externes

Bibliographie


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