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Accueil > Les numéros > DocSciences 7 : Localisation, les guides célestes

Satellite, dis-moi où je suis !

Se repérer et se localiser dans les grands espaces reste, pour les hommes, un souci majeur. Désormais, les systèmes spatiaux de géopositionnement nous aident à ne pas perdre le nord. Comment tout cela fonctionne-t-il ? Et sur quels principes ?

Le géopositionnement est l’art de se localiser et de savoir où l’on se trouve. L’Homme a toujours cherché à se repérer dans l’espace. Pour cela il a développé des moyens de positionnement et de navigation. D’abord parce qu’il voulait explorer de nouvelles terres, connaître la distance entre les villes, ou encore dresser des cartes.

L’historique et les motivations de ces développements sont rappelés dans le présent DocSciences. À partir du XVIIe siècle, la technique de triangulation se répand. Elle est fondée sur les connaissances de géométrie héritées des Grecs de l’Antiquité. Des instruments comme le cercle (Voir en bas de page) ou le théodolite voient le jour. Ils permettent de mesurer les angles entre deux points que l’on vise.

LA CROIX DU PANTHÉON : POINT INITIAL DE RÉFÉRENCE

S’inspirant de cette technique, tout en la mettant à l’heure de la modernité, l’IGN (Institut géographique national) déploie, en France, dans les années 1950, un réseau dense de bornes géodésiques dont les coordonnées sont déterminées par une triangulation de proche en proche. Avec comme point initial de référence : la croix du Panthéon à Paris. Ainsi, une base de données cartographique de grande précision et couvrant l’ensemble du territoire a été réalisée.

De façon similaire, la technique de trilatération permet de déterminer les coordonnées d’un point à partir de mesures de distances depuis des points de référence de coordonnées connues. Ces mesures se font, aujourd’hui, à partir d’ondes électromagnétiques dont on mesure le temps de propagation entre des émetteurs et des récepteurs.

Sur ces différents principes de nombreux systèmes de géopositionnement ont été élaborés à partir de signaux terrestres (ex. : LORAN) ou spatiaux (ex. : GPS) (Voir en bas de page) pour des applications et un public de plus en plus variés.

Repère de référence oblige

Les systèmes de géopositionnement déterminent les coordonnées de points sous la forme de longitude, latitude et hauteur. Ces coordonnées – quel que soit le système – s’expriment dans un repère de référence donné : l’équateur est l’origine des latitudes, le méridien de Greenwich celle des longitudes et un ellipsoïde (Voir en bas de page) régit celle des hauteurs. Autrefois, chaque État a défini son propre repère de référence, élaboré souvent à partir de techniques terrestres de triangulation. L’avènement des systèmes spatiaux a posé la question de la compatibilité entre tous ces repères. Ainsi, jusqu’en 1993, un point déterminé par le GPS se décalait de plusieurs dizaines de mètres sur une carte topographique IGN, car les repères de référence américain et français différaient. De nos jours, des conventions régissent la cohérence et la compatibilité des différents systèmes afin que les bases de données géographiques (les cartes en particulier) s’expriment dans un repère commun.

LES LIMITES DES SYSTÈMES TERRESTRES

Les méthodes terrestres de géopositionnement comme la triangulation optique ou la trilatération radioélectrique bien que très répandues souffrent de différents inconvénients. Tout d’abord, le point que l’on veut localiser doit être en « visibilité » des stations de références. Ainsi, les immeubles, les montagnes ou simplement la rotondité de la Terre sont des limitations à leur portée.

Les systèmes optiques ne sont pas adaptés à la détermination de points distants. Pas question, par exemple, de déterminer directement les coordonnées d’un point situé à Toulouse à partir d’un point de référence se trouvant à Paris. Un grand nombre d’étapes seraient nécessaires pour, de point en point rejoindre Toulouse. De plus, les erreurs de mesure s’accumuleraient et se propageraient à chaque nouvelle étape. Enfin, cette méthode ne permet ni le traitement des données en temps réel, car il faudrait viser plusieurs points en même temps, ni de localiser un point en mouvement, car il faudrait avoir en permanence des points de référence en visibilité.

Les systèmes de radiopositionnement terrestres offrent, pour la plupart, l’avantage d’un service en temps réel. C’est pourquoi ils sont encore aujourd’hui un moyen essentiel de guidage des avions en phase d’atterrissage, par exemple. Mais là encore, cette technologie serait déjà lourde à déployer à de grandes échelles géographiques et surtout impossible à réaliser à l’échelle mondiale. On notera que, sur ce principe, les signaux des téléphones portables peuvent être utilisés par la police pour localiser une personne recherchée.

LES SYSTÈMES SPATIAUX : DE SPUTNIK À GPS

C’est en recevant les signaux radio émis par le premier satellite appelé Sputnik et lancé par l’ex-URSS en octobre 1957 que l’idée du premier système de positionnement par satellite est née. Les bips-bips envoyés à intervalles réguliers par Sputnik étaient reçus au sol avec un décalage de fréquence à cause de l’effet Doppler dû à la vitesse relative entre le satellite et la station. L’article sur le système DORIS décrit plus précisément ce phénomène. La mesure de ce décalage permettait de positionner la station au sol connaissant la position de Sputnik sur son orbite.

Dès 1964, le premier système de localisation par satellite appelé Transit était développé par les USA et a permis pendant près de trente ans de suivre des mobiles tout autour du monde avec une précision de quelques centaines de mètres. Au cours des quarante dernières années, de nombreux autres systèmes fondés sur l’utilisation de signaux radio entre des utilisateurs sur Terre et des satellites ont vu le jour de part le monde comme le très populaire GPS. Le principe de mesure reste le même que pour les techniques terrestres, mais cette fois les stations de référence au sol sont remplacées par des satellites dont la position sur leur orbite est connue.

Suivant leurs caractéristiques qui sont développées dans le paragraphe suivant, ces systèmes spatiaux offrent potentiellement des avantages considérables comme celui, par exemple, de pouvoir survoler tout point du globe et d’assurer un service continu. Au cours du temps, du fait des progrès technologiques et de la demande grandissante, ces systèmes sont devenus de plus en plus performants, le coût des équipements a chuté, leur taille s’est miniaturisée au point que certains comme le GPS - ou très bientôt Galileo - sont devenus accessibles et utilisés par le grand public.


Cercle : Appareil formé d’une partie de cercle graduée en degrés, minutes, secondes. Retour au texte

LORAN : LOng Range Aid to Navigation.
GPS :Global Positioning System - système de positionnement global.
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Ellipsoïde : Forme dont les sections planes sont des ellipses. Retour au texte

En savoir plus

Livres

  • Barlier F. (coord.), Galileo. Un enjeu s tratégique, scientifique, technique, coll. « Perspective », L’Harmattan, Fondation pour la Recherche scientifique, Paris, 2008.
  • Duquenne F., Botton S., Peyret F., Betaille D., Willis P., GPS - Localisation et navigation, Éditions Hermès science, Lavoisier, 2e éd., 2005.
  • Bigourdon G., « L’Astronomie : évolution des idées et des méthodes », BiblioLife Publisher, 09 oct. 2008.
  • Capderou M., GPS - Satellites - Orbites et missions, Springer-Verlag France 2003.

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