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Les nouvelles applications de Galileo

Dans un entretien accordé à Futura-Sciences, Paul Flament, le responsable du programme Galileo à la Commission européenne, nous explique pourquoi ce système de géolocalisation va révolutionner la navigation par satellite en créant de nouvelles applications, et en ouvrant de nouveaux marchés.

Devenus indispensables à de nombreux secteurs économiques, les services offerts par la géolocalisation dépendent tous du GPS américain. C’est pourquoi, à la fin des années 1990, l’Union européenne et l’Agence spatiale européenne (Esa) prirent la décision de développer un système européen de navigation par satellite pour ne pas rester tributaires d'un seul système. C’est au début des années 2000 qu’est lancée la phase de définition de Galileo. Initialement, ce système aurait dû être opérationnel dès 2008, mais des difficultés dans son financement et l’échec de la mise en place d’un partenariat public-privé ont retardé ce projet, malgré tout bien lancé aujourd’hui.

 

Les quatre satellites actuellement en l’air sont ceux de la phase dite de développement et de validation en orbite (IOV, In-Orbit Validation), réalisés sous la maîtrise d'œuvre d'Astrium. Ils permettent de valider le segment spatial de base de Galileo et le segment sol associé, qui doit s’assurer du bon fonctionnement du système. Ils ont été lancés par paires depuis le Centre spatial guyanais de Kourou en octobre 2011, lors du premier tir d’un lanceur Soyouz, et en octobre 2012.

Ils ont été utilisés pour réaliser les premiers tests et calculs de position dans plusieurs endroits en Europe en mars 2013. L’Esa, qui pilote le programme pour la Comission européenne, était «extrêmement satisfaite de la qualité et de la stabilité», explique Paul Flament, responsable du programme Galileo à la Commission européenne, validant du même coup le fonctionnement de la constellation.

Phase de déploiement pour Galileo

Galileo devrait fournir ses premiers services en octobre 2014, avec « une qualité réduite et une certaine continuité du service », moins de dix ans après les lancements des satellites Giove-A (2005) et Giove-B (2008), conçus pour garantir les fréquences réservées pour le système Galileo auprès de l'International Telecommunication Union (ITU) et tester les technologies Galileo. Le déploiement de la constellation par Arianespace va se poursuivre ces deux prochaines années à l’aide de cinq Soyouz et trois Ariane 5, pour lesquels « des adaptations sont en cours ». Ainsi, 14 satellites seront en orbite en octobre 2014, 18 en décembre 2014 et la constellation comptera 26 satellites Galileo opérationnels fin 2015.

Galileo sera compatible avec le système GPS américain, en raison d’accords de « compatibilité et d’interopérabilité signés avec les Américains » dès 2004. Ceci de façon à ne pas être en concurrence, et à avoir des « systèmes les plus proches possible en terme de signaux et de modulation ». L’idée est de ne pas pénaliser les utilisateurs de récepteurs GPS, et encore moins les entreprises qui les fabriquent et les commercialisent. En effet, seule l’écriture de quelques lignes de code supplémentaires est nécessaire pour rendre compatibles les récepteurs les plus récents avec les deux systèmes, et à partir de 2014, tous les récepteurs commercialisés seront de type Galileo et GPS.

Service de géolocalisation de meilleure qualité

Avec les satellites Galileo, les services offerts et commercialisés « seront de meilleure qualité que ce que permet le GPS américain actuellement ». Ce qu’il faut comprendre, c’est que le GPS aujourd’hui utilisé par le grand public est basé sur un signal à une seule fréquence, contre « près d'une dizaine pour le système Galileo » ! Et cela change tout. « Rien que par le fait que l’on puisse utiliser autant de signaux, la qualité et la disponibilité du service seront bien plus importantes qu’aujourd’hui avec le GPS », précise Paul Flament. Cette avancée technologique ne doit évidemment « pas être vue comme une course à la suprématie ». Il faut se rappeler que la conception du GPS date des années 1970 et que depuis, la technologie a évolué. D’ailleurs, les États-Unis sont en train de moderniser leur système, de sorte que ses performances vont s’améliorer.

Les six satellites Galileo actuellement en orbite. Les prochains lancements sont prévus avant la fin de l'année 2013. Depuis le Centre spatial guyanais, deux lanceurs russes Soyouz mettront sur orbite, par paires, les satellites 5 à 8. © Esa, P. Carril

Il va de soi qu’avec un nombre si grand de signaux, les services que va offrir Galileo ne se limiteront pas à faire mieux que le Standard Positioning Service du GPS !

Open service, pour une précision de l’ordre du mètre

Cinq services sont prévus, dont l’Open Service. Ce service universel et gratuit sera « plus précis que celui que l’on utilise tous aujourd’hui », tout simplement parce qu’il « sera basé sur deux fréquences ». En clair, cela permettra d'« atténuer les perturbations des signaux lorsqu’ils traversent l’ionosphère ». Résultat : une précision de l’ordre du mètre, contre dix mètres pour le GPS.

Avec le Commercial Service, l’utilisateur aura un « niveau de précision inégalé aujourd’hui » et une garantie de signal, « sorte de signature électronique », qui rendront ce service incontournable. La précision sera centimétrique et très utile à bon nombre de secteurs économiques comme les travaux publics, l’industrie pétrolière ou encore le transport routier.

Galileo et signature électronique

Mais la principale avancée par rapport au GPS est cette signature électronique, qui va « garantir que le signal provient bien des satellites Galileo ». Par exemple, à partir d’une certaine taille, les bateaux de pêche doivent embarquer un récepteur GPS de façon à communiquer chaque heure la position du bateau, afin de vérifier qu’il ne se rend pas dans des zones interdites à la pêche. Or, sur le marché, il existe des systèmes permettant de faire du leurrage et générant des informations qui ressemblent à des signaux GPS. Résultat : « le récepteur calcule une position qui n’est pas la position réelle du bateau ».

Ce qui est vrai avec les bateaux l’est également dans le secteur du transport routier. Quelques États, dont la France, souhaitent s’inspirer de l’Allemagne, où les autoroutes ne sont payantes que pour les camions à partir de 12 tonnes. Pour déterminer le nombre de kilomètres parcourus sur autoroute, chaque camion embarque un récepteur GPS. Or, si ce système venait à se généraliser, les entreprises pourraient être tentées d’utiliser un système de leurrage pour faire croire que leurs camions ne circulent pas sur les autoroutes. Avec la signature électronique du Commercial Service, cela ne sera pas possible.

Intégrité du signal

Le Safety-of-Life est un service où la vie humaine est en jeu. Au début de la conception de Galileo, « on souhaitait mettre en place un système autonome qui visait à garantir l’intégrité des signaux et des messages en provenance des satellites Galileo », détaille Paul Flament. L’idée était de dire aux compagnies aériennes qui utiliseraient Galileo pour faire atterrir leurs avions que les signaux reçus étaient bien ceux de la constellation. Elles seraient prévenues en temps quasi réel en cas de signaux corrompus ou dégradés, afin d’éviter de faire atterrir les avions ailleurs que sur la piste d’atterrissage. « C’est ce que l’on nomme l’intégrité du signal. »

Néanmoins, « on a constaté que l’impact sur la répartition des stations au sol était tel que cela coûterait extrêmement cher ». Dans ce contexte, la notion de Safety-of-Life autonome a été « abandonnée au profit d’un système multirégional et multiconstellation ». En clair, le service prévu sera bien proposé, mais par une « combinaison de signaux qui viennent de Galileo et également du GPS, voire du Glonass ». À l’avenir, il n’est pas exclu que ce service s’appuie également sur Beidou, l’équivalent chinois.

Search and Rescue, Galileo pour les marins en détresse

Le service Search and Rescue est à part. Voilà une trentaine d’années, le Canada, les États-Unis, la France et la Russie ont mis en place un système pour aider les marins en détresse en créant l’organisation Cospas-Sarsat, qui s’appuie sur des satellites en orbite basse pour fournir un service de recherche. En clair, un marin en détresse déclenche une balise qui transmet un signal en direction de l’espace. Si un satellite équipé d’un récepteur Cospas-Sarsat passe au-dessus du signal, il calcule la position du marin par effet Doppler avec une précision d’environ cinq kilomètres. La position est ensuite envoyée aux autorités les plus proches sans plus d’informations. Pour le marin en détresse, rien ne garantit que son signal a bien été reçu par les secours et qu’ils sont en route.

Avec Galileo, « on va faire mieux, beaucoup mieux pour le secours aux navigateurs en détresse ». D’une part, il y a la « garantie de la couverture de la totalité des mers et océans du globe », et d’autre part, chaque satellite de la constellation embarque un service de recherche et sauvetage basé (partiellement) sur l’effet Doppler et « surtout sur le calcul précis de la position ». Mieux encore, la personne en détresse recevra « une sorte d’accusé de réception de son appel ». Et vu que les chances de survie augmentent quand on sait que les secours sont en route, on comprend tout l’intérêt de ce service public.

Le cinquième service à accès réglementé est particulier (Public Regulated Service, PRS). C’est un service qui utilise « deux signaux dans des fréquences différentes des autres services », et sera utilisé par les États membres de l’Union européenne. Sa principale qualité est qu’il donne une « garantie absolue » aux autorités utilisatrices que les signaux de navigation Galileo seront bien envoyés sur ces fréquences en cas de crise. En effet, il n’est pas exclu que dans certains conflits, des États brouillent les signaux Galileo. C’est un service robuste, « pour lequel beaucoup de précautions ont été prises ». Les récepteurs seront différents et nécessiteront des clés de codage. Chaque État choisira l’utilisation qu’il souhaite en faire, par exemple, pour les armées ou pour des missions humanitaires.

Financement raisonnable

Depuis le début du programme Galileo, en 2000, son financement est « estimé à quelque cinq milliards d’euros », ce qui équivaut à la construction de 200 kilomètres de lignes à grande vitesse pour le TGV. Compte tenu des services qui seront rendus, de la période de temps (plus de dix ans) et que cela implique 27 États membres, ce montant n’est pas si élevé. Et ce d’autant que ce programme a permis de doter l’Europe de technologies de pointe, comme « les horloges atomiques des satellites, qui sont les plus précises au monde ».

Cela dit, une fois la constellation en place, il faudra l’exploiter, l’opérer et la moderniser en continu. Dans ce contexte, le budget de la Commission européenne pour la période 2014 à 2020 prévoit un financement de 6,3 milliards d’euros. À partir de 2020, on part sur une « hypothèse d’un budget annuel de 600 millions à un milliard d’euros ». Il faut savoir que les revenus du service commercial ne permettront pas, au moins dans les premières années, de « couvrir les frais d’exploitation du système ». Ces financements futurs seront utilisés pour renouveler les satellites, dont « la durée de vie est d’environ 12 ans ». Les premiers remplacements de satellites sont prévus en 2022 ou 2023, ce qui signifie qu’à partir de 2018, il sera nécessaire de « définir et commencer les études des satellites Galileo de seconde génération, avec peut-être de nouveaux services ».

Retombées pour l’industrie européenne

Avec à terme 30 satellites autour de la Terre, il y a une opportunité exceptionnelle de ne pas faire seulement de la navigation et de la géolocalisation. Enfin, gardons à l’esprit que chaque euro investi dans Galileo va « engendrer des retombées très positives pour l’industrie européenne ». La Commission européenne s’attend à ce que de nombreuses sociétés européennes investissent dans ce créneau en développant du matériel et de nouvelles applications.

Initialement, le système GPS n’était pas destiné à des utilisateurs civils. Il a été conçu pour répondre à un besoin de l’armée américaine qui souhaitait connaître à tout moment la position de ses sous-marins nucléaires. Des ingénieurs civils ont réussi malgré tout à utiliser les signaux cryptés du GPS, sans les décrypter, pour calculer une position d’une précision assez mauvaise. À l’époque, c’était un véritable tour de force. Au début des années 2000, la précision était d’environ 150 mètres. Mais l’engouement pour ce service a contraint les militaires américains à lever le brouillage des signaux, pour finalement offrir une précision d’une dizaine de mètres. Aujourd’hui, elle est de moins de dix mètres.