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 (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), en distance et en quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d’informations transportées. Les satellites de télécommunications représentent pour le moment la pointe du progrès dans cette matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...). Avant l’ère spatiale, aucune transmission de télévision (La télévision est la transmission, par câble ou par ondes radioélectriques, d'images ou de...) 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 (Satellite peut faire référence à :) a changé totalement la donne pour la télévision, le téléphone (Le téléphone est un système de communication, initialement conçu pour transmettre la voix...) ou même Internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services...).

Caractéristiques générales

Fonctionnement général

Le satellite de communication (Un satellite de télécommunications est un satellite artificiel positionné dans l'espace pour des...) reçoit le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) de la station terrestre. Il l'amplifie et le transmet à une station réceptrice en utilisant une autre longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...). Les programmes de télévision, les communications téléphoniques, les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) numériques peuvent être ainsi relayés à l’échelle planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire...).

Avantages d’un satellite (Satellite peut faire référence à :) 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 (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...).
  • Problème physique : plus la quantité d’information qu’il est possible de confier à une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) est grande, plus la longueur de cette onde est petite et moins bien celle-ci se propage à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...). Si elle est de quelques mètres, chaque obstacle susceptible d’arrêter la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) 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 (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale...), plusieurs jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) après avoir été filmées. Quand le satellite arriva (Arriva est un groupe privé britannique spécialisé dans le transport public de voyageurs. Il...), celui-ci résolut, dans son principe même, les 3 contraintes citées ci-dessus. Primo, il est un moyen idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau....) pour la transmission d’informations sur des aires (Aires (en espagnol, les airs) est une compagnie aérienne intérieure de Colombie.) 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 (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) 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 (Le relief est la différence de hauteur entre deux points. Néanmoins, ce mot est souvent employé...), ni par la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est...) de la Terre, à condition de rester dans l’aire de visibilité (En météorologie, la visibilité est la distance à laquelle il est possible de...) du satellite assurant la transmission. Tertio, le satellite ne risque rien dans le cas d’un tremblement (Les tremblements sont des mouvements anormaux involontaires, rythmiques et oscillatoires, de faible...) de terre ou d’une inondation (Le terme inondation fait traditionnellement référence au débordement d'un cours d'eau qui...) 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 (Les télécommunications sont aujourd’hui définies comme la transmission à distance...)

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 (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « 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 (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) 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 ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...). Cette orbite basse (L'orbite terrestre basse (Low Earth orbit, LEO, en anglais) est un type d'orbite terrestre situé...) 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 (L'orbite géostationnaire, abrégée GEO (geostationary orbit) est une orbite...) 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 (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte...) 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 (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état...) ou des vents solaires ). Le signal est aussi plus facilement arrêté par le relief en région de haute latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre...) (l’angle sol-satellite est plus faible et l’ « ombre » est donc plus grande).

Deux ressources fondamentales

Un satellite de télécommunications (Un satellite de télécommunications est un satellite artificiel placé dans l'espace...) 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 (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) 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 (De façon générale un codage permet de passer d'une représentation des...) à la source ont ainsi entraîné une division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par...) par dix du débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers...) nécessaire pour transmettre une communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) téléphonique ou une émission de télévision.

Modulation du signal

Pour faire en sorte que l’onde « porte » un message (La théorie de l'information fut mise au point pour déterminer mathématiquement le taux...), on utilise la modulation. Le procédé consiste à modifier une ou plusieurs caractéristiques de l'onde radio (Une onde radioélectrique (dite onde radio) est une onde électromagnétique dont la...) (porteuse) selon le type d'informations que l'on souhaite envoyer. Le procédé inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...), 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) 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 géostationnaire est un satellite artificiel qui se trouve sur une orbite...)

Un satellite de télécommunications n’utilisera jamais toute la surface qu’il peut couvrir car sur la périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus...) 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, Ltd. est le premier fournisseur de services de télécommunications par satellites. La...)

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 (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) en direction de la Terre, et à la division du spectre de transmission en bandes de fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) 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 5^e 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 (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) 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 (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...), offrait ainsi le système de communications le plus étendu du monde (Le mot monde peut désigner :), 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 (Inmarsat (pour International maritime satellite organization) est une compagnie de...)

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 (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) 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 (Une catastrophe est un événement brutal, d'origine naturelle ou humaine, ayant généralement la...) 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 (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux...), 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 (L'Asie est un des cinq continents ou une partie des supercontinents Eurasie ou Afro-Eurasie de la...) 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 (Eutelsat (European Telecommunications Satellite Organization, Organisation européenne de...) 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 (La téléphonie est un système de télécommunication qui a pour but la transmission de son et en...) 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 (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...) 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 (La République des Philippines est un pays constituée d'un archipel de...), le système Palapa s’est progressivement étendu au reste des pays de l’ASEAN (Association des pays du Sud-est (Le sud-est est la direction à mi-chemin entre les points cardinaux sud et est. Le sud-est est...) asiatique) jusqu’à être reconnu système régional par Intelsat.

Perspectives

Concurrence des fibres optiques

Le développement des réseaux en fibre optique (Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété de...) est venu concurrencer les satellites dans certaines applications, comme la téléphonie internationale, grâce à la pose de nombreux câbles sous-marins. La fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) possède des avantages que les satellites n’ont pas. Par exemple, une seule fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) 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 (La vie est le nom donné :) restreinte, car leurs réserves de carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...), 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 (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de...) 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 (Le terme de haut débit (ou large bande par traduction littérale de l'expression anglosaxonne...) 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 (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) 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 (L'asymétrie est l’absence de symétrie, ou son inverse. Dans la nature, les crabes...) (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).