Depuis plus de 200 ans, les télécommunications permettent de transmettre des informations à distance. À l’ère du numérique, la fibre optique et les ondes électromagnétiques se sont imposées comme supports de communication. Les satellites jouent les messagers : ils captent et transmettent les ondes électromagnétiques, fournissant des services Internet, téléphonie ou télévision.
Communiquer à distance : la révolution des télécommunications
Téléphone, télévision, radio, Internet… Ces services omniprésents dans nos vies reposent sur un même outil : les télécommunications. L’objectif ? Transmettre les informations à distance. Cela peut être un texte, une image, un son, une vidéo... Exit la lettre papier, ici l’information n’est pas matérielle mais numérique.
Prenons l’exemple de la radio. Lorsque le programmateur d’une émission diffuse une musique, elle est émise par une antenne (l’émetteur) sous la forme d’ondes radio (le support de transmission). Votre poste radio (le récepteur) capte cette onde et vous la restitue : vous pouvez alors écouter votre chanson préférée à la maison ou en voiture.
Et le spatial dans tout ça ? La plupart du temps, nous communiquons grâce aux infrastructures présentes sur Terre. Nos smartphones transmettent nos sms, mails, vidéo à des antennes-relais connectées au cœur de réseau terrestre. Elles les aiguillent ensuite vers notre destinataire ou un serveur de données. Nos box Internet sont elles aussi reliées au coeur de réseau terrestre grâce à la fibre optique, un réseau de milliers de câbles déployés à terre et au fond des océans, entre les continents. Mais ces liaisons terrestres ne sont pas toujours suffisantes. Elles peuvent être endommagées lors de tempêtes, et certaines zones reculées n’en sont même pas équipées. La solution : les télécommunications par satellite.
De l’Antiquité au lancement de Spoutnik : l’épopée des télécommunications
Dès l'Antiquité, le besoin de télécommunications émerge. Les premiers signaux lumineux, la fumée, les cris sont ainsi les ancêtres des télégraphe, téléphone, radio, télévision… Mais la nécessité de s’affranchir des fils entre émetteurs et récepteurs s’est très rapidement imposée. La fin du 20e siècle verra de nombreux travaux sur les ondes électromagnétiques : ils montrent qu'une information peut être véhiculée sans avoir recours à des câbles. Après le lancement du satellite russe Spoutnik en 1957, l’idée d’utiliser des satellites pour communiquer apparaît. Une révolution s’amorce en matière de télécommunications : les dernières limites géographiques tombent, le potentiel du satellite dépasse de loin les possibilités offertes par les systèmes terrestres.
Quelques faits marquants de l’histoire des télécommunications
- 1792 : présentation du premier télégraphe optique par Claude Chappe.
- 1837 : apparition du télégraphe électrique.
- 1868 : première communication transatlantique.
- 1877 : première conversation téléphonique.
- 1935 : apparition de la télévision selon son principe actuel.
- 10 juillet 1962 : lancement de Telstar, le premier satellite de télécommunications, depuis les États-Unis.
Transmettre l’information depuis l’espace
Un système de télécommunications par satellite comprend un ou plusieurs satellites interconnectés (une constellation), des stations au sol et des récepteurs.
Prenons l’exemple du service Internet par satellite. À travers le monde, des antennes - de plusieurs mètres de diamètre - sont connectées au réseau Internet terrestre. Ces antennes collectent les informations et les transmettent aux satellites en orbite autour de la Terre par signal électromagnétique. Les satellites détectent ce signal, l’amplifient et le renvoient en direction de la Terre. Pour le capter, il suffit d’installer chez soi une petite antenne - comme nos paraboles pour la télévision - et un modem satellite. Il est ainsi possible de surfer sur Internet partout dans le monde, sans aucun raccordement à la fibre optique.
- Disponible partout : nul besoin de réseau terrestre, une fois l’utilisateur équipé, il est possible de bénéficier du service de télécommunications partout dans le monde - en montagne, dans les airs, en mer…
- Disponible tout le temps : la connexion est constante et reste disponible même dans les zones touchées par des conflits ou des catastrophes naturelles, des situations où les réseaux terrestres peuvent être endommagés
- Sécurisée : certains opérateurs garantissent une connexion sécurisée sans interférence ni interception. Cela s’avère crucial pour les armées ou la sécurité civile
- L’indépendance : Internet ou la téléphonie par satellites offre une alternative indépendante aux systèmes terrestres, opérés par des entreprises privées
Résultat : de nombreux services ont été développés. Les satellites de télécommunications distribuent la télévision, Internet et la téléphonie aux citoyens. Ils sont aussi d’une précieuse aide pour la sécurité civile ou la Défense en offrant un moyen de communication fiable et sécurisé.
Satcom, les satellites de télécommunications
Les satellites dédiés aux télécommunications sont appelés satcoms. Ils sont placés en orbite autour de la Terre par les fusées, Ariane 5 pendant longtemps, par exemple. Le lancement de satellites commerciaux de télécommunications représente les 2/3 de l’activité d’Ariane. Comme tous les satellites, ils sont embarqués tout en haut de la fusée, bien à l’abri sous sa « coiffe ». Une fois que la fusée a atteint le vide spatial et la vitesse suffisante, le satcom est largué et utilise ses propres moteurs pour atteindre son orbite.
Le CNES et ses partenaires œuvrent à développer de nouvelles générations de satellites toujours plus performantes. L’une des problématiques du secteur : l’emport d’équipements de plus en plus complexes pour fournir des services de connexion haut débit. Les plateformes Spacebus Neo et EurostarNeo - c’est-à-dire la partie « véhicule » du satellite - sont en mesure de placer en orbite ces équipements de nouvelle génération depuis 2020. À la pointe de la technologie, le satellite Konnect VHTS - le plus puissant satcom jamais réalisé en Europe - s’appuie sur la plateforme Spacebus Neo. Alors que les satellites sont généralement propulsés par des ergols chimiques (leur carburant), Konnect VHTS est propulsé par l’énergie électrique fournie par ses panneaux solaires. Le poids du satellite est considérablement réduit : un gain non négligeable, tant chaque gramme compte lors d’un tir de fusée ! Konnect VHTS doit sa plateforme innovante au programme de recherche et développement NEOSAT, coordonné par le CNES et l’Agence spatiale européenne (ESA).
- Les satellites géostationnaires. L’orbite géostationnaire regroupe la majorité des satcoms. Elle correspond à une altitude d’environ 36 000 km au-dessus de la Terre. Les satellites géostationnaires tournent à la même vitesse que la Terre tourne sur elle-même. En clair, si vous fixez un satellite géostationnaire dans le ciel, vous ne le verrez pas bouger. Ils pèsent de 3,5 à 7 tonnes au lancement, l’équivalent d’environ 3 à 7 voitures. Le satellite nouvelle génération Konnect VHTS de l’opérateur Eutelsat est l’un de ces satellites géostationnaires. Placé en orbite en 2022 par Ariane 5, il embarque une charge utile - les équipements nécessaires à la télécommunication - à la pointe de l’innovation, développée dans le cadre du projet de recherche et développement THD-Sat du Programme d’investissement d’avenir, sous responsabilité du CNES.
- Les constellations de minisatellites. Ces satellites sont plus proches de la Terre : ils sont placés en orbite basse, de 400 à 2 000 km d’altitude. Ils sont déployés en constellation, c’est-à-dire une flotte de satellites. Ils sont qualifiés de minisatellites en raison de leur poids plume, de 150 à 800 kg au lancement. Le service internet haut-débit Eutelsat Oneweb appartient à cette catégorie, il est composé de 648 minisatellites. Ces dernières années, l’altitude moyenne de mise en orbite des satellites a fortement diminué en raison du nombre de satcom placés en orbite basse.
Savez-vous ce qu’embarque un satcom à bord ?
- Une ou plusieurs antennes mono ou multi faisceaux, pour capter et transmettre les signaux des utilisateurs. Ces derniers peuvent être situés dans différentes régions géographiques couvertes par le satellite
- Un ou plusieurs répéteurs, qui amplifient les signaux captés
- Et parfois un processeur numérique - une sorte d’ordinateur - qui distribue les signaux entre les différentes antennes et faisceaux.
L’ensemble de ces équipements fait l’objet de développements pour proposer des services sans cesse améliorés. Le CNES les soutient à travers de nombreux projets : FLIP et FAST initiés dès 2006, pour des charges utiles flexibles ; GEICO (GEnéricité et Innovation pour la COmpétitivité) initié en 2013 ; POLLUX depuis 2020 ; STEF initié en 2021 dans le cadre du Plan de relance et PEGASE. Ces projets visent à soutenir l’amélioration des équipements des satcom développés par l’industrie française.
Enfin, dernière maille indispensable dans un système de communication par satellite : le segment sol utilisateur. C’est lui qui permet de communiquer avec le satcom. Il est constitué de stations d’ancrage au réseau terrestre équipées de grandes antennes, ainsi que de terminaux bas coût et de faible taille installés chez les utilisateurs. Le projet THD-Sat a fortement contribué à développer des solutions compétitives pour la station d’ancrage. Les projets HIPE du Plan de relance et VASCO complètent le dispositif pour disposer de solutions complètes, notamment de terminaux utilisateurs très intégrés : exit l’antenne sur le toit, la box dans la maison… seul un bloc installé sur toit et connecté à un ordinateur est nécessaire.
- Les satellites flexibles géostationnaires, appelés « flexsat »
Grâce au numérique, il sera bientôt possible de reconfigurer un satellite déjà en orbite, pour passer par exemple de services télévisuels à Internet. Au CNES, nous soutenons ces développements à travers les projets Onesat et Space Inspire qui visent à proposer des satellites génériques, bas coût et totalement flexibles. Les premiers satellites Onesat - développés par Airbus Defense & Space - et Space Inspire - développés par Thales Alenia Space - pourraient être placés en orbite dès 2025.
- Les satellites optiques
Les nouvelles technologies à l’étude pour les satcoms s’inspirent de la fibre optique terrestre. En lieu et place des ondes électromagnétiques radiofréquence, un laser assure la transmission du signal. L’intérêt de la technique ? Elle est moins chère et surtout offre des débits très élevés, 10 à 100 fois supérieurs à ceux des liaisons radiofréquence. Grâce aux projets COOP du Plan de relance et DYSCO mis en place par le CNES, un premier terminal optique a été fabriqué et embarqué sur un satcom pour l’expérimentation TELEO de liaisons très haut débit, réalisée en partenariat avec Airbus Defence & Space.
Quizz
Par quel support de communication les informations sont-elles transmises par satellite ?
A - La fumée
B - Les ondes électromagnétiques
C - Les ondes radio
D - La fibre optique
B : Grâce à leurs antennes, les satellites captent les ondes radiofréquence… qui sont en fait un type d’onde électromagnétique ! Les ondes radiofréquences ont une fréquence comprise entre 3 kHz et 300 GHz. À l’avenir, ce sont des ondes optiques qui pourraient être utilisées.
