Les satellites artificiels sont des milliers à nous survoler chaque jour. Pour communiquer, se déplacer, ou prévoir la météo, ils sont devenus indispensables dans nos quotidiens.

De Spoutnik au haut débit Internet, l’histoire des satellites

Il y a à peine 70 ans, seule la Lune tournait autour de la Terre. Aujourd’hui, ce sont plus de 7 500 satellites actifs (chiffres 2023) qui nous survolent. Le premier à avoir été mis en orbite est le célébrissime Spoutnik, lancé le 4 octobre 1957 par l’URSS. Pas plus grosse qu'un ballon de basket, cette sphère d’aluminium est restée trois mois en orbite terrestre. En novembre 1965, le satellite français Astérix est à son tour placé sur orbite faisant de la France le 3^e pays à envoyer un satellite dans l’espace, après l’URSS et États-Unis ! Cocorico !

Ces objets artificiels sont peu à peu devenus indispensables dans notre quotidien : télécommunications, navigation ou encore météo…

À chaque satellite sa mission

Nous utilisons les satellites pour des objectifs très divers : communiquer, observer la Terre et l’Univers ou encore pour nous indiquer notre chemin !

• Communiquer

Internet à l’échelle mondiale, accès à toutes les chaînes TV du globe, radio ou encore téléphonie mobile… Ces missions sont assurées par des satellites de télécommunications. Certains sont placés en orbite géostationnaire à 36 000 km d’altitude de la Terre. A cette altitude, les satellites survolent toujours la même zone de la Terre. Conséquence : pas besoin de déplacer l’antenne pour capter leurs signaux. Depuis cette orbite, un petit nombre de satellites de télécommunications suffisent à couvrir l’intégralité du globe.

D’autres satellites se situent sur l’orbite terrestre basse entre 160 à 1 000 km d’altitude, le délai de transmission des signaux y est - logiquement - plus court (jusqu’à 50 fois). Mais pour garantir une bonne couverture de la Terre, ils doivent fonctionner « en groupe », en constellations, comme Globalstar et Iridium.

Il existe aussi des méga-constellations. On parle là de milliers voire de dizaines de milliers de satellites, utilisés pour permettre un débit Internet toujours plus haut : Starlink de SpaceX, le projet chinois Guowang ou encore le plus modeste OneWeb européen (618 satellites). Mais une telle « colonisation » de l’orbite basse pose de nombreuses questions en termes de pollution de l’orbite terrestre.

• Faire de la science

Les satellites sont d’excellents outils lorsqu’il s’agit d’étudier notre planète. Ils sont plus d’un millier à observer et mesurer la Terre, depuis l’orbite basse. C’est le cas des satellites scientifiques Sentinel, du programme européen Copernicus, qui collectent des données sur les océans, les terres ou encore l'atmosphère.

Les satellites scientifiques tournent aussi parfois le dos à la Terre, pour étudier l’Univers. L’européen Gaia par exemple, situé à 1,5 million de km de la Terre, qui cartographie la Galaxie ou Euclid, satellite de l’agence spatiale européenne (ESA), lancé en 2023 pour approfondir nos connaissances sur l’expansion de l’Univers. D’autres satellites explorent également notre Système solaire. Par exemple, la sonde Juice a été lancée en 2023 vers Jupiter pour étudier la planètes et ses lunes.

• Guider

« Prenez la première à droite… » Les satellites de navigation permettent de se localiser, à tout instant sur l’ensemble du globe. Ces boussoles spatiales sont situées à environ 20 000 km d’altitude. On les appelle des systèmes GNSS (Géolocalisation et Navigation par un Système Satellites).

Cette technologie est omniprésente dans notre société (et pas que pour prendre la route pour aller chez mamie), que ce soit pour des usages civils (navigation des véhicules routiers, aériens ou maritimes, agriculture de précision etc) ou militaires. Aujourd’hui, plusieurs systèmes GNSS cohabitent : le système européen Galileo, l’américain GPS, le réseau russe GLONASS, ou le COMPASS chinois.

• Défendre

Les satellites sont aussi utilisés par les armées. Par exemple, les satellites de reconnaissance, ont pour mission de cartographier des territoires pour connaître la position de certaines infrastructures. Ils utilisent des radars pour voir à travers les nuages, et même pendant la nuit. Les armées se servent également de satellites de navigation, c’est d’ailleurs pour répondre à des objectifs militaires que ce système de positionnement a vu le jour aux Etats-Unis.

De quoi est constitué un satellite ?

Les satellites ont des objectifs variés. Chacun possède donc une physionomie spécifique pour répondre à sa mission. Un satellite se composent de 2 parties : la plateforme (ou bus), et la charge utile.

La plateforme

La plateforme fournit les ressources nécessaires au satellite pour fonctionner. Elle réunit des éléments appelés servitudes, qui assurent :

• La navigation
• La propulsion, avec les réservoirs et moteurs-fusées
• Les communications avec la Terre

La charge utile

La charge utile, c'est en quelque sorte le passager à bord. Ce sont les instruments nécessaires à la réalisation de la mission. Appareil de prise de vue, imageur radar, altimètre, télescope… tout dépend de la mission !

Pour fonctionner, le satellite utilise sa propre énergie, qu’il produit avec des panneaux solaires. En fonction de la région de l’espace où le satellite gravite, ils seront plus ou moins grands : ceux de Juice par exemple, sonde d’exploration de Jupiter, font 27 m de long : plus grands qu’un terrain de tennis ! A 2 milliards de km du Soleil en effet, la lumière reçue est 25 fois plus faible que sur Terre.

Les matériaux et la structure des satellites ont été pensés pour résister aux dangers qui les guettent dans l’espace : les débris ou micro météorites qui peuvent endommager les satellites, les grands écarts de températures.

Vie et mort d’un satellite

La durée de vie des engins satellitaires varie en fonction de leur mission, entre 5 et 15 ans en moyenne. Celle-ci s’achève lorsqu’ils ont épuisé le carburant (appelé ergol), qui leur permet de se maintenir sur leur orbite. Alors, les ingénieurs sur Terre peuvent choisir de les envoyer plus loin dans l’espace (en orbite de rebut ou orbite cimetière), ou de les diriger vers l’atmosphère terrestre pour qu’ils y soient désintégrés, en toute sécurité (la désorbitation).

Mais avant sa disparition, un satellite peut rester de nombreuses années à errer dans le vide. Actuellement, près de 5000 satellites en orbite sont inactifs, contre 7000 actifs. Cette situation pose des questions en termes de sécurité et de respect de l’environnement spatial.

Des règles ont donc été établies. La France, par exemple, a adopté en 2008 la Loi relatives aux Opérations Spatiales (LOS) imposant aux constructeurs et opérateurs de rendre leurs satellites les plus « inoffensifs » possibles. Ils doivent par exemple vider complètement les réserves d’énergies des satellites devenus inactifs pour limiter le risque d’explosion, et donc la prolifération des débris spatiaux.

L’avenir en riquiqui ?

Envoyer un satellite dans l’espace coûte cher, très cher. Le coût est à peu près proportionnel à la masse de l’objet : en 2014, l'envoi d’un kilogramme coûtait entre 8 000 et 12 000€. Ainsi, faire des satellites plus légers est devenu un enjeu important.

La miniaturisation des satellites passe par l’utilisation de composants plus légers, et moins volumineux. Les panneaux solaires de dernière génération par exemple ont des rendements supérieurs aux précédents ce qui permet de réduire leur taille. Grâce aux progrès technologiques, on sait aujourd’hui fabriquer des picosatellites, inférieurs à 1 kg. Et même des femtosatellites, qui pèsent moins de 100 g. Néanmoins, c’est encore très compliqué aujourd’hui de produire des satellites performants inférieurs à 100 kg.

Les microsatellites (entre 60 et 200 kg maximum) et les nanosatellites (moins de 60 kg) répondent aujourd’hui à divers objectifs comme l’étude du climat ou l’amélioration des communications. Des exemples ? Le satellite français MicroCarb, dédié à la mesure du dioxyde de carbone (CO2), pèse 180 kg. Les 25 nanosatellites de la constellation française Kinéis, consacrée à l’internet des objets, pèsent chacun moins de 30kg.

Quizz

Les satellites sont souvent recouverts d’une sorte de couverture jaune/orange. A quoi sert-elle ?

A - À rendre le satellite bien visible dans l’espace par les autres sondes et les astronautes

B - À réguler la température

C - À le protéger en cas d’impacts avec des micro-météorites

D - A faire joli !