Les constellations satellite

Ces dernières semaines, l’activité spatiale a été au cœur de l’actualité avec le récent départ de Thomas Pesquet pour une nouvelle mission au sein de l’ISS. Si toutes les caméras étaient braquées sur ce lancement, ce n’est pourtant pas le seul évènement récent à avoir eu lieu dans l’espace. Depuis plusieurs années, le monde se prépare à un changement drastique dans son approche avec le ciel. Plusieurs entreprises visent le déploiement de milliers de satellites pour améliorer la couverture Internet. L’année 2019 a été le point de démarrage de ces mises en orbite. L’année 2021 signe l’accélération du phénomène avec plusieurs lancements chaque mois.
Que doit-on attendre de ces constellations satellites ? En quoi sont-ils différents de ceux déjà mis en orbite il y a plusieurs années ? Cet article vise à répondre à ces interrogations.

L’Internet par satellite

L’utilisation des satellites pour créer une connexion Internet ne date pas d’aujourd’hui. C’est une technologie qu’il est possible de déployer depuis les années 1990. Mais jusqu’à présent, elle n’avait pas trouvé le succès escompté pour plusieurs raisons :

  • Elle exige un ensemble de développements et de mises en œuvre très coûteux.
  • Le fonctionnement de la technologie génère des latences de plusieurs centaines de millisecondes non acceptables pour une utilisation régulière.
  • Le débit atteint par cette technologie est également trop faible.

Ces problèmes de fonctionnement optimal ont éclipsé pendant de nombreuses années l’Internet par satellite au profit de technologies plus rapides et plus performantes telles que la 4G ou la 5G.

Fonctionnement actuel

Jusqu’à présent, l’Internet par satellite repose sur des satellites placés en orbite au-dessus de la Terre de manière géostationnaire (à 36 000 km d’altitude). Cela signifie que les satellites restent toujours au-dessus de la même région pour la desservir sans interruption. L’utilisateur transmet ses données au satellite via une antenne. Ce dernier renvoie ces données aux stations terrestres reliées à l’Internet. Puis une fois traitées, les données font le chemin inverse vers l’utilisateur. Les satellites actuellement en orbite pèsent plusieurs tonnes.

Fonctionnement des nouvelles constellations

Aujourd’hui, plusieurs entreprises relancent la possibilité d’utiliser cette technologie par la mise en place de « méga-constellations ». Cette nouvelle approche vise à pallier les limites de l’Internet par satellite identifiées précédemment grâce au nombre colossal de satellites de ce type de constellation.

Les satellites des nouvelles constellations seront déjà beaucoup moins lourds et pèseront une centaine de kilos. Ils seront situés entre 550 et 1 200 km de la Terre. C’est ce qu’on appelle une mise en orbite basse. La distance raccourcie permet de réduire le temps de transmission des données. En revanche, il n’est pas possible de maintenir les satellites dans une position fixe à cette distance. C’est pourquoi les entreprises concernées veulent utiliser un nombre important de satellites. En effet, il faut beaucoup de satellites pour couvrir une région de la Terre en permanence.

Oui mais cette technologie a déjà été testée !

Il y a une vingtaine d’années, des entreprises ont déjà entrepris la mise en orbite de méga-constellations pour développer cette technologie de l’Internet par satellite. Elles ont également visé le recours à l’orbite terrestre basse. À l’issue de ces projets, seule la société Iridium a réussi à lancer un réseau de téléphonie. Les autres entreprises ont toutes dû faire face à des problèmes financiers ne permettant pas l’aboutissement du projet. Iridium avait aussi déposé le bilan en 1999, faute de clients. Des investisseurs privés ont finalement racheté l’entreprise.

Quelle différence alors avec ces nouveaux projets ?

La mise en place de ces constellations génère un coût énorme. Beaucoup de choses ont évolué en 20 ans sur la manière d’aborder le projet. Les entreprises ont réduit ces coûts grâce à la mise en œuvre de procédés d’industrialisation pour la fabrication des pièces.

Ils ont également chacun su développer des avantages pour les aider à développer ces projets de grandes envergures. Si l’on prend l’exemple des trois projets les plus conséquents :

  • Starlink mené par Elon Musk et soutenu par ses entreprises Tesla et Space X, utilise les fusées de lancement Space X pour mettre les satellites en orbite.
  • Oneweb de Gregory Wyler et sa constellation 03b Networks, s’est entouré de partenaires de prestige tel qu’Airbus. Oneweb a récemment souffert de problèmes financiers en déposant le bilan en 2020. Mais le projet sera finalement soutenu par un consortium public-privé avec le soutien du groupe Bharti et de l’État britannique.
  • Kuiper Systems de Jeff Bezos s’appuie sur les infrastructures Amazon.

Où en est-on aujourd’hui ?

En 2021, le nombre d’envois de satellites pour mise en orbite basse ne cesse d’augmenter. Pour Space X par exemple, en l’espace d’une dizaine de jours, 120 satellites ont été envoyés. Déjà 1500 satellites ont été mis en orbite et à terme, ce sont plus de 12 000 satellites qui seront dans l’espace d’ici 2025. L’objectif est de couvrir l’intégralité du globe en 2022 (et la majeure partie d’ici fin 2021) afin de donner un accès Internet à toutes les zones mêmes les plus dépourvues d’antennes terrestres. Tous projets confondus, on devrait dénombrer environ 100 000 satellites mis en orbite d’ici une dizaine d’années.

Vers un encombrement spatial

L’arrivée exponentielle de ces nombreuses constellations satellites avec des centaines voire milliers de satellites pose la question de l’encombrement spatial. En effet, chaque entreprise développe sa propre méga-constellation qui vise ses propres objectifs. Cela mène petit à petit à un risque de collision entre certaines.

La Nasa s’inquiète de certains projets dont les orbites sont trop proches. Deux orbites rapprochées sont une approche possible mais contraignante. Elle implique d’entreprendre régulièrement des manœuvres d’évitement. Cette manœuvre doit être effectuée de manière synchronisée entre les deux entreprises en charge du projet pour qu’un changement de l’une des parties n’entraine pas une collision future.

Il est donc préférable autant que possible d’éviter les mises en orbite rapprochées pour faciliter les manœuvres une fois les satellites lancés. Aujourd’hui, on estime à 14 millions d’euros par an le coût des manœuvres d’évitement pour empêcher des collisions, chiffre qui va s’accroitre au fil des lancements de satellites et de l’encombrement spatial.

Pollution lumineuse

La présence de ces nombreux satellites dans l’espace soulève un problème de brillance de ces objets. Il n’est pas rare en levant la tête de pouvoir observer à l’œil nu ces trains de satellites. Alors vu de l’espace, les astronomes sont inquiets de l’observation de l’Univers avec ces trainées croissantes. Des études ont montré que ces satellites augmenteraient les sources lumineuses et rendrait difficile la prise de photographie pour leurs travaux scientifiques.

Les satellites génèrent des débris spatiaux

Les spécialistes s’inquiètent que ce nombre grandissant d’objets présents dans l’environnement spatial provoque des débris spatiaux trop nombreux. Le risque majeur serait que certains débris, surtout ceux de plus de 10 cm, viennent endommager des satellites en marche.

L’ESA estime que « plus de 900 000 débris de plus de 1 cm sont actuellement en orbite et plus de 30 000 d’une taille supérieure à 10 cm ». Surtout que certains débris pourraient être évités puisque certains satellites ont été lancés en orbite en panne. C’est le cas des premiers satellites lancés par Starlink.

Que faire de ces débris ?

La question se pose alors de savoir s’il ne serait pas plus judicieux d’aller retirer les débris spatiaux risquant de venir endommager des satellites. La réponse est discutable.

L’idéal serait de retirer une petite dizaine de débris par an mais le coût pour retirer ces débris est colossal. On estime entre 10 et 20 millions d’euros le coût pour retirer un seul débris ce qui demanderait des moyens financiers exorbitants.

Néanmoins, si un de ces débris devait venir percuter un satellite fonctionnel et l’endommager gravement voire perdre sa mise en orbite, les coûts seraient d’autant plus importants car on parlerait alors de pertes en milliards d’euros et un lourd impact sur l’économie mondiale.

Une dernière solution pourrait être envisagée mais est en réalité impossible pour un désencombrement à court terme. Il s’agit de laisser les objets spatiaux retomber seuls sur Terre. Seulement, un débris ou objet spatial situé à 600 km au-dessus du sol mettra plusieurs années à retomber, à 800 km : plusieurs décennies et au-delà de 1 000 km : il faudra attendre plusieurs siècles.

Or, les constellations satellites déployées aujourd’hui sont souvent à plus de 1 000 km du sol. L’entreprise Starlink a envoyé le plus de satellites ces dernières années et elle déploie ses constellations entre 1 100 et 1 300 km. Cette solution n’est donc pas viable à court terme pour lutter contre le désencombrement spatial.

Du point de vue de la législation

L’augmentation du nombre de satellites en basse orbite de 2000 actuellement à plus de 100 000 d’ici une dizaine d’années inquiète aussi les scientifiques sur la conséquence éthique de ces lancements ainsi que l’impact culturel et scientifique.

Ils s’inquiètent d’une surutilisation de l’environnement spatial qui pourrait mener à un déséquilibre car nous puiserions dans des ressources qui ne nous sont pas exclusives.

Ainsi beaucoup de chercheurs souhaitent dans l’optique de préserver l’avenir de tout l’écosystème spatial et limiter les abus et excès qui pourraient apparaître au fil des années, qu’une législation internationale soit actée en tant que bien commun ancestral contenant le patrimoine et l’avenir des pratiques scientifiques et culturelles de l’humanité.

Conclusion

Les points exposés précédemment rassurent sur la fiabilité de ces nouvelles méga-constellations dans la mise en œuvre d’un Internet accessible partout. Les projets en cours ont résolu les problèmes qui ont entrainé la chute de ceux lancés dans les années 1990. Mais l’ampleur des satellites à mettre en orbite soulève de nouvelles interrogations sur l’encombrement spatial et les débris spatiaux de plus en plus nombreux. Cela remet en cause leur pérennité et leur réussite.

Il faudra alors donc suivre l’évolution des trois projets majeurs en cours pour obtenir ces réponses et voir si leur réussite est avérée.

La 5G : entre mythes et réalités 1

Léa Goux
Rédactrice scientifique


Bibliographie

  • Hainaut O. R., Williams A. P., Impact of satellite constellations on astronomical observations with ESO telescopes in the visible and infrared domains, Astronomy & Astrophysics, European Southern Observatory, 2020.
  • Del Portillo I. et al., A technical comparison of three low earth orbit satellite constellation systems to provide global broadband, 69th International Astronautical Congress (IAC), 2018.
  • Daehnick C. et al., Large LEO satellite constellations: Will it be different this time?, McKinsey & Company, 2020.
  • Agence nationale des fréquences (ANFR), Les constellations satellites,
  • Venkatesan A. et al., The impact of satellite constellations on space as an ancestral global commons, Nature Astronomy 4, 2020, 1043 – 1048.
  • Richard B., Les mega-constellations de satellites : un tournant pour l’Internet de demain ?, Digital Corner, 2019.
  • Dauphin J., La pollution lumineuse des constellations de satellites comme Starlink de SpaceX inquiète les astronomes, France Info, 2021.

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