Dans une orbite près de chez vous

Pour assurer un service Internet fiable et rapide partout sur Terre, Elon Musk, Jeff Bezos et autres entrepreneurs aux poches très profondes veulent former des constellations de milliers de satellites. Le rythme des lancements s’accélère déjà à une vitesse folle. Le ciel nous tombera-t-il sur la tête ?

Photo : OneWeb

L’alerte collision est au rouge. Un satellite du constructeur aérospatial américain SpaceX s’approche dangereusement d’Aeolus, que commande l’Agence spatiale européenne. Celle-ci a beau multiplier les appels, personne ne répond dans les bureaux de SpaceX en ce lundi 2 septembre 2019 — l’entreprise dira plus tard avoir éprouvé des problèmes avec son système de communication. L’Agence spatiale n’a d’autre choix que de repositionner son engin, une première en 45 ans d’existence. La catastrophe est évitée… du moins pour cette fois.

La scène risque en effet de se répéter de plus en plus souvent au royaume des mégaconstellations, ces espèces de « toiles d’araignée » de centaines, voire de milliers de satellites qui gravitent à faible distance de la Terre. L’exploitation de l’espace attire un nombre croissant d’entreprises comme SpaceX, propriété du milliardaire Elon Musk, qui se sont lancées dans une course folle pour y installer leurs toiles d’araignée, grâce auxquelles les Terriens peuvent profiter d’un débit Internet rapide et continu en tous lieux. 

Et des Terriens pour qui la rapidité et la fiabilité du réseau Internet sont capitales, il n’en manque pas : gouvernements, transporteurs aériens et maritimes, banques et sociétés de courtage, PME, municipalités, hôpitaux… Pour faire face à la demande, les opérateurs de mégaconstellations multiplient les déploiements. Alors qu’environ 2 000 satellites se trouvaient en orbite au-dessus de la Terre au début de 2019, leur nombre pourrait s’élever à plus de 40 000 d’ici 15 ans, selon les estimations faites par L’actualité à partir des données fournies par l’Union internationale des télécommunications, une agence des Nations unies. Et tous ces satellites s’installent dans la même banlieue branchée : LEO, pour low Earth orbit, entre 550 et 1 350 km d’altitude. 

Mégaconstellations en cours de lancement ou prévues

Non que sa voisine un peu lointaine — l’orbite géostationnaire, à 36 000 km de la Terre — manque d’attraits, mais elle convient mieux à des banlieusards différents : les satellites de télécommunications de première génération, qui servent aux stations de télévision ou aux réseaux GPS. Car elle a le défaut, cette zone éloignée, de mettre presque une seconde à « transporter » le signal du satellite vers la Terre. Beaucoup trop pour permettre à une voiture de rouler sans chauffeur, à un chirurgien d’opérer à distance… ou pour jouer à des jeux vidéos en ligne au chalet ! Alors qu’en banlieue LEO, le délai de transmission des données est environ 30 fois plus rapide. 

Sauf que la circulation est intense dans cette orbite. Un satellite n’y reste pas fixe au-dessus d’un point terrestre, contrairement à ceux qui logent chez sa voisine, la bien nommée orbite géostationnaire. Et on y circule en groupe, car, pour que la communication Internet sur Terre ne soit jamais interrompue, un satellite en banlieue LEO doit se lier à d’autres et former des réseaux. D’où ces mégaconstellations qui naissent et grandissent au-dessus de nos têtes.

OneWeb, entreprise américaine fondée par Greg Wyler, qui a fait fortune dans l’informatique, a été la première à installer une mégaconstellation en banlieue LEO en 2018. Fin mars 2020, après 74 satellites lancés et une pandémie, la société s’est toutefois placée sous la protection de la loi sur les faillites. Néanmoins, elle vient de déposer une demande auprès de la commission fédérale américaine des communications, l’équivalent du Conseil de la radiodiffusion et des télécommunications canadiennes (CRTC), afin d’étendre son réseau à 48 000 satellites, et elle est en voie d’être rachetée par un consortium formé du gouvernement britannique et de l’entreprise indienne de télécommunications Bharti Globa.

Un satellite de la constellation OneWeb. (Photo : Airbus)

La concurrence s’annonce rude depuis qu’un autre « banlieusard » de taille investit le marché : SpaceX, qui a lancé sa constellation Starlink en mai 2019. Chaque mois depuis janvier 2020, en dépit de la pandémie, une fusée Falcon 9 relâche dans l’espace 60 nouveaux satellites, si bien que, le 13 juin, Starlink en comptait déjà 540 en basse orbite. Et c’est sans parler des ambitions de Jeff Bezos, fondateur d’Amazon, dont le projet Kuiper prévoit une mégaconstellation de 3 000 satellites, bien qu’aucune date de lancement n’ait été avancée.

Ces nouveaux acteurs avec d’énormes moyens financiers ont complètement chamboulé l’industrie spatiale, constate Guillaume Cambolive, directeur technique de l’entreprise torontoise Nanowave Technologies, qui fabrique des équipements de radiocommunication utilisés dans les satellites d’un grand nom des mégaconstellations, qu’il ne peut dévoiler pour des raisons de confidentialité.

Ces nouveaux venus, explique Guillaume Cambolive, ont accéléré la mise en marché d’une nouvelle génération de satellites moins coûteux, plus petits, plus légers. En quelques années, le poids des satellites est passé de plusieurs tonnes à 150 kilos à peine pour ceux de OneWeb, et leurs dimensions sont désormais celles d’un lave-vaisselle ! « Pendant 30 ans, l’industrie spatiale s’est apparentée à celle de l’horlogerie fine. En moins de 8 ans, la durée de vie d’un satellite est passée de 15 à 5 ans, ajoute-t-il. Bientôt, même une petite entreprise pourra s’en acheter un et en changer comme on change de téléphone ! »

***

Les débris spatiaux, ces fragments issus de collisions, satellites non fonctionnels, morceaux de fusées ou d’autres astronefs, sont déjà nombreux dans le ciel. Début 2020, le Centre national d’études spatiales (CNES), l’équivalent français de l’Agence spatiale canadienne, estimait à plus de 900 000 le nombre de déchets orbitaux dans l’espace — dont la très grande majorité font moins de 10 cm de rayon ! Leur poids totalise 8 000 tonnes, soit grosso modo le poids de 14 avions Airbus A380, le plus gros transporteur aérien civil.

Et toute cette activité dans la banlieue LEO risque d’engendrer une multiplication accrue des débris.

Même minuscule, un déchet qui entre en collision avec un autre objet volant génère une énergie destructrice. Le CNES compare l’impact d’un rebut en acier d’un centimètre de rayon (un petit écrou, par exemple) à celui d’une voiture lancée contre un mur à 130 km/h sur Terre. Le moindre écrou perdu dans l’espace peut détruire un satellite. 

C’est l’armée américaine qui envoie des alertes aux opérateurs de satellites. Mais ce système de suivi a ses limites : seuls les 20 000 objets de plus de 10 cm sont répertoriés dans le catalogue de l’armée, et leur trajectoire dans l’espace est estimée avec imprécision.

Une fois prévenus, les opérateurs peuvent choisir de modifier la trajectoire… ou pas. Ils ont leur propre salle de contrôle et engagent ou non une manœuvre d’évitement en fonction de leurs calculs. Les fausses alertes sont nombreuses, nous ont confirmé Jean-Philippe Arseneau, chef des communications et des stratégies de relations publiques à NorthStar Ciel & Terre (qui prévoit placer une constellation en 2021 pour scruter les débris dans l’espace), et Eric Amyotte, vice-président des antennes et des produits électroniques chez MDA (qui fabrique les antennes de télécommunications intégrées sur les satellites de la constellation OneWeb). 

Le Comité de coordination interagences sur les débris spatiaux (IADC) a certes adopté dès 2007 des lignes directrices relatives à la réduction des débris — principes auxquels ses 13 membres adhèrent, dont les agences spatiales européenne et canadienne. Sauf que ces directives ne sont pas coercitives. Alors que la première règle stipule qu’il est interdit de générer volontairement des débris dans l’espace, cela n’a pas empêché l’Inde, en mars 2019, de faire une démonstration de démolition de satellite avec un missile. Et les Chinois en avaient fait autant en 2008, générant plus de 4 000 débris… 

Lancement de satellites dans le cadre de la mission de la constellation RADARSAT (gérée par l’Agence spatiale canadienne), en juin 2019 (Photo : MDA) ; des antennes de télémétrie, de suivi et de contrôle, installées par OneWeb dans l’archipel du Svalbard, en Norvège, servent à assurer la maintenance des satellites (Photo : OneWeb) ; des satellites Starlink, empilés dans la fusée avant d’être relâchés (Photo : SpaceX / CC BY-NC 2.0).

À ce jour, aucune collision majeure n’est survenue dans la banlieue LEO. Néanmoins, la création de mégaconstellations par les nouvelles entreprises de télécoms satellitaires inquiète les agences spatiales. Directeur de l’exploitation de l’espace à l’Agence spatiale canadienne, Guennadi Kroupnik en appelle d’ailleurs à un meilleur contrôle par les États au moment de délivrer des licences de fréquence. « Les opérateurs sont responsables, mais les gouvernements doivent avoir un rôle très important dans la vérification des mesures planifiées et la validation de leur efficacité afin d’éviter que la situation n’empire », affirme-t-il.

Même si les Terriens arrêtaient de lancer des satellites, les débris continueraient de se multiplier à chaque nouvelle collision entre ceux déjà présents. Des méthodes de nettoyage de l’espace sont d’ailleurs étudiées au sein de l’IADC. « Il y a des discussions, mais aucune solution ne fait l’unanimité », regrette Guennadi Kroupnik.

Quant à savoir qui va payer pour nettoyer l’espace, « le consensus est difficile à trouver », dit Pierre Omaly, expert des débris spatiaux au CNES. Il fait un parallèle avec la crise climatique : la plupart des responsables s’entendent sur les causes et les conséquences, mais pas sur les solutions.

Le confinement du printemps l’a prouvé : Internet à haut débit est un service essentiel. Pour combler les trous dans l’offre des réseaux terrestres, le ciel se remplira inévitablement de satellites. Mais à quel prix ?

Adieu Grande Ourse ?

Pour diminuer cet effet, SpaceX a modifié en janvier la couche de protection de ses satellites pour la rendre moins réfléchissante et expérimente depuis juin un nouveau concept appelé VisorSat, qui agit comme un pare-soleil en empêchant la lumière solaire d’atteindre les antennes. Mais ces mesures d’atténuation de la pollution lumineuse n’apaisent pas le mécontentement des astronomes, qui devront user de moyens considérables pour éviter que ces satellites interfèrent avec leurs observations. Dont Olivier Hernandez, directeur du Planétarium Rio Tinto Alcan. 

Deux satellites de Starlink créent des traits lumineux sur cette photo prise avec une longue exposition. (Photo : Patrick Pleul / Picture Alliance / Getty Images)

« Ni les astronomes ni la population n’ont été consultés [sur ces mégaconstellations]. Les résultats sur les télescopes qui fonctionnent par photométrie sont dramatiques », déplore le chercheur montréalais.

En février dernier, l’Union astronomique internationale — une association non gouvernementale située à Paris et regroupant des organisations scientifiques d’une soixantaine de pays — publiait d’ailleurs les résultats d’une étude préliminaire sur les effets de la pollution lumineuse provoquée par les constellations de satellites.

D’après ces scientifiques, les observations astronomiques seront à terme « gravement compromises » par la multiplication des nouveaux satellites en orbite basse, déjà plus visibles que « n’importe quels autres objets en orbite de conception humaine ». Au nom du « droit à l’obscurité », les astronomes réclament une mobilisation internationale sur ce sujet et exhortent les agences spatiales à adopter un cadre réglementaire dès que possible.

À défaut de quoi, même observé de l’endroit le plus perdu de la planète, le parfait ciel étoilé sera bientôt chose du passé, selon eux.

Les acteurs canadiens du monde des satellites

Telesat

L’opérateur de satellites de télécommunications Telesat, d’Ottawa, s’est lancé dans la course avec Telesat LEO, une « mégaconstellation » composée de 298 satellites dont le premier lancement est prévu en 2022. Cette offre s’ajoutera à une quinzaine de satellites déjà installés dans la banlieue lointaine (l’orbite géostationnaire). « Certains de nos clients doivent couvrir 100 % d’un territoire pour mener leurs activités. Mais on ne peut pas tout couvrir avec des antennes ou de la fibre optique. L’offre satellite en orbite basse sera complémentaire », explique Michel Forest, directeur de l’ingénierie des systèmes. L’initiative n’est pas dénuée de risques : les investissements de départ sont exorbitants, étant donné que les revenus n’arriveront qu’à la toute fin du déploiement. La clientèle cible de cette entreprise : les opérateurs de réseaux comme Bell, les transporteurs aériens et maritimes ainsi que les organismes gouvernementaux. 

NorthStar Ciel & Terre

Cette entreprise de 35 employés fondée en 2015 et dont l’actionnaire principal est l’entrepreneur Charles Sirois (ancien PDG du fleuron des télécoms Téléglobe dans les années 1990) voit petit, même très petit : elle ambitionne de détecter des débris au rayon aussi réduit que 2 cm (plutôt que 10 cm, comme c’est le cas actuellement). 

Dès 2021, NorthStar veut lancer 40 satellites qui seront équipés de puissants télescopes d’observation. Cette première constellation sera placée en LEO pour scruter les débris dans l’espace, depuis l’altitude de la Station spatiale internationale (400 km) jusqu’à l’orbite géostationnaire. Grâce à la quantité et à la qualité des données rassemblées, elle espère pouvoir aider les opérateurs de satellites à améliorer, voire à automatiser leurs manœuvres de désorbitation ou d’évitement de collision. 

Photos : MDA (satellites) ; NorthStar Ciel & Terre (déchets spatiaux)

MDA

Créée en 1898 pour manufacturer des gramophones — et connue pour la conception du Canadarm, le bras mécanique de la Station spatiale internationale —, MDA fabrique les antennes de télécommunications intégrées sur les satellites de la constellation OneWeb. Et elle espère être choisie par Telesat LEO.

C’est à Sainte-Anne-de-Bellevue, à l’extrême ouest de l’île de Montréal, que ces antennes sont conçues et testées par les quelque 700 employés de l’une des cinq usines de MDA au pays. Les antennes doivent relever le défi technique de recevoir de très faibles signaux émis depuis la Terre et d’en émettre en retour avec une forte puissance.

Nanowave Technologies

À Toronto depuis 27 ans, Nanowave Technologies emploie plus de 200 personnes. Elle compte déjà plus de 2 900 émetteurs ou récepteurs de communication embarqués dans des satellites de télécommunications en orbite. Elle fabrique aussi des émetteurs et des récepteurs adaptés aux satellites d’observation de la Terre.

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