Café des Sciences, 3 mai, Sébastien Gallais

Café des Sciences du 3 juin 2010
Intervenant : Sébastien Gallais
Titre : Le Système GPS (Global Positioning System)
Thématique : Positionnement satellite, applications civiles et militaires

Sébastien Gallais, Lieutenant-Colonel et Ingénieur en Chef à la Direction Générale de l’Armement (DGA), a animé ce cinquième Café des Sciences. Diplômé de l’Ecole Nationale Supérieur d’Ingénieurs en Construction Aéronautique, il a effectué sa carrière au sein de la DGA avant de rejoindre le programme de développement GPS de l’US Air Force à Los Angeles.

Cette présentation a porté sur le système GPS, ses applications et son évolution. Le GPS est un système de géolocalisation utilisant des satellites afin de déterminer avec précision la position d’une balise embarquée à bord d’un véhicule ou d’un objet par triangulation. Ce système comprend trois composantes : la composante spatiale (les satellites), la composante de contrôle (antennes et centres de contrôle au sol) et la composante utilisateur (la balise). On peut résumer le fonctionnement du système ainsi : chaque satellite émet un signal, capté par toutes les balises qui le reçoivent. La vitesse de propagation de ce signal est connue et il est donc possible de connaître la distance entre le satellite et la balise si l’on connaît le temps mis par le signal pour atteindre cette dernière. Si l’on mesure de cette façon la distance entre la balise et quatre satellites différents, il est ainsi possible d’identifier l’unique jeu de coordonnées latitute-longiude-altitude correspondant à la position de la balise. Le réseau GPS requiert au minimum 24 satellites afin d’être opérationnel. Ces satellites sont placés à une altitude de 20 200 km sur 6 orbites différentes. Ils ne sont pas géostationnaires mais « défilants » : ils survolent la terre suivant une trajectoire précise et repassent toutes les 24 heures au-dessus d’un point donné. Afin de mesurer très précisément les temps de propagation des signaux, chaque satellite renferme une horloge atomique. La composante de contrôle au sol permet de son côté d’identifier et de localiser précisément chaque satellite grâce à une « signature » émise par chacun d’entre eux et de corriger d’éventuelles erreurs de trajectoire.

Le GPS est un système américain, qui a été développé dans les années 1970 pour unifier les divers projets militaires ayant suivi la mise sur orbite de Sputnik par l’URSS en 1959. La première vague de satellites, appelés Block-1, a été lancée entre 1978 et 1985, suivie à partir de 1989 de la série Block-2, encore utilisée de nos jours. Les applications et la gestion du système GPS sont à l’origine strictement militaires mais des applications civiles se développent à partir de 1983, lorsqu’une erreur de positionnement provoque la destruction d’un avion coréen, entré de façon involontaire dans l’espace aérien russe. A partir de 1996, la gestion du système est partagée entre militaires et civils. Jusqu’à l’an 2000, les militaires maintiennent un processus appelé « Selective Availability », qui introduit intentionnellement une erreur dans le système civil et en réduit par conséquent la précision. De plus, les militaires disposent d’une fréquence cryptée La constellation actuelle compte autour de 30 satellites en activité. Il existe d’autres systèmes de positionnement actifs ou en cours de développement comme par exemple Galileo (France) , Beidu (Chine) ainsi que des systèmes russes, japonais, indiens, ou israéliens. Chaque satellite pèse environ 1.5 tonnes et fait environ la taille d’une voiture.
Aujourd’hui le système GPS comprend de nombreuses applications dont une part importante ne concerne pas la géolocalisation mais les mesures temporelles. Les horloges atomiques extrêmement précises, intégrées dans les satellites sont en effet utilisées pour définir le « temps GPS ». Les caractéristiques des horloges atomiques permettent une datation ultra précise d’opérations électroniques, telles que les transactions financières, ainsi que la synchronisation des réseaux électriques. La géolocalisation peut être couplée à d’autres systèmes afin de rendre possible la navigation GPS (application civile la plus courante), la gestion des cultures ou des catastrophes naturelles (déplacement de balises après un séisme, par exemple).

Les discussions qui ont suivi cette présentation ont été l’occasion de discuter des limites du système (erreurs de positionnement des satellites, effets des hauts bâtiments en ville, etc.) et de le comparer à d’autres systèmes existants.

Dernière modification : 17/08/2010

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