Applications des satellites - Définition

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Introduction

Cet article décrit les diverses applications des satellites.

Satellite de télécommunications

De tout temps, les hommes ont eu le besoin vital de communiquer. Et depuis le début de l’Histoire, les communications n’ont cessé d’évoluer, en temps, en distance et en quantité d’informations transportées. Les satellites de télécommunications représentent pour le moment la pointe du progrès dans cette matière. Avant l’ère spatiale, aucune transmission de télévision n’était 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.

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 l’échelle planétaire.

Avantages d’un satellite par rapport aux communications terrestres

  • Les satellites de télécommunications sont à l’heure 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 d’installation, de maintenance et des matières premières très élevé et augmentant fortement avec la longueur du réseau.
    • Problème physique : plus la quantité d’information qu’il 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 d’arrêter la lumière l’arrête également (montagnes, …)
    • Exposition aux tremblements de Terre, inondations, tempêtes et autres risques majeurs qui peuvent détruire la ligne.

Avant l’arrivée des satellites, les images venant d’autres 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 d’informations sur des aires géographiques très vastes. Il possède donc a priori une vocation mondiale puisqu’il 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 l’aire de visibilité du satellite assurant la transmission. Tertio, le satellite ne risque rien dans le cas d’un tremblement de terre ou d’une 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 qu’ils soient une des seules applications spatiales rentables, expliquent certainement l’expansion des satellites de télécommunication (on estime à un millier aujourd’hui le nombre de satellites de télécommunications). Le premier d’entre eux fut Echo 1. Il s’agissait d’un satellite passif puisqu’il réfléchissait seulement l’énergie qu’il recevait. Le signal était fortement diminué et ce fut le premier et le dernier des satellites de télécommunication passifs. 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 se compose de panneaux solaires fournissant l’énergie nécessaire à l’amplification du signal et des antennes plus ou moins directionnelles qu’il 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 l’émission. Les premiers satellites télécoms étaient des satellites à défilement, c'est-à-dire qu’ils n’étaient 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 pour que les antennes soient constamment reliées entre elles, sans coupures. Pourtant aujourd’hui, on en revient aux satellites à défilement (et même à une constellation de satellites à défilement) pour répondre à la croissance de l’utilisation 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 (l’angle sol-satellite est plus faible et l’ « ombre » est donc plus grande).

Deux ressources fondamentales

Un satellite de télécommunications utilise deux ressources limitées : l’orbite géostationnaire et une bande de fréquence radio réservée (voir annexe I). À quelques rares exceptions près (utilisations du laser pour les communications sous-marins – satellites, par exemple), toutes les communications par satellites exploitent les ondes radio. Avec l’augmentation continue du nombre de satellites, le problème de l’allocation 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 l’onde « 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 d’un satellite géostationnaire

Un satellite de télécommunications n’utilisera jamais toute la surface qu’il peut couvrir car sur la périphérie de cette zone maximale couverte, l’angle formé entre le sol et le satellite est trop faible pour pouvoir recevoir les ondes émises par le satellite. Par contre, des couvertures restreintes — semi-globale (échelle d’un continent), régionale (échelle de l’Europe) et étroite (2 à 3 pays moyens) — présentent l’avantage de concentrer l’énergie 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 l’Organisation internationale des satellites de télécommunications qui réunit plus de 120 pays. Le premier satellite d’Intelsat fut « Early Bird », qui assurait des retransmissions télé entre l’Europe et les États-Unis.

Les générations de satellites suivantes possédaient des capacités de transmission et d’émission 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 d’une 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 chuter 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, d’autres systèmes proposent également un service international du même type, concurrençant ainsi celui d’Intelsat 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, d’éruption volcanique, d’inondation… Inmarsat 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 l’Afrique).

Site officiel d'Inmarsat

Les services régionaux

  • L’expansion des systèmes internationaux s’est fait parallèlement au développement de systèmes à l’échelle régionale.
    • En Europe : L’importance 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 l’obtention d’un 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 l’ex-CEE. Le service se fonde principalement sur une offre télévision avec un service européen de téléphonie qui a permis de compléter le réseau terrestre européen sans enfreindre les conditions d’Intelsat (toujours utilisé pour les communications hors-Europe). Il faut également mentionner le réseau européen de satellites de télécommunications ECS (European Communication Satellite), développé par l’Agence spatiale européenne (ESA) ; chacun de ses satellites peut établir 12 600 circuits.
    • Arabsat : La création de l’Organisation Arabe des Télécommunications en 1976 correspond à une volonté politique de développement des liens régionaux mais dans un contexte différent puisqu’il s’agissait ici d’un programme de renforcement de l’identité culturelle arabe. Ces dernières années, la volonté commerciale semble cependant l’avoir emporté sur la volonté culturelle.
    • Palapa : Au début uniquement basé sur les Philippines, le système Palapa s’est progressivement étendu au reste des pays de l’ASEAN (Association des pays du Sud-est asiatique) jusqu’à être reconnu système régional par Intelsat.

Perspectives

Concurrence des 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 n’ont pas. Par exemple, une seule fibre optique a une capacité de transmission équivalente à celle d’un satellite relativement modeste, doté d’une 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 d’une grande souplesse opérationnelle, car ils peuvent être reconfigurés en fonction de l’évolution des techniques et des besoins. Enfin, ils peuvent desservir des téléphones mobiles et des sites isolés (îles, bateaux, etc.) en s’affranchissant 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 d’applications.

Place du satellite dans le réseau Internet

Faut-il le rappeler : tout le monde n’a pas accès à l’Internet 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 « l’autoroute de l’information » si rien n’est fait pour démocratiser l’accès au haut débit.

Une des solutions qui s’imposerait 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 « d’écho »), les erreurs de transmissions portant plus à conséquence (vu qu’il y a plus d’information en transit et que l’on supprime directement ces informations lors d’une erreur) et enfin une certaine asymétrie (la quantité d’information reçue n’est pas tout le temps la même que la quantité d’information envoyée, ce qui oblige le satellite à « stocker » des données).

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