L’observation de la Terre par satellite (OT) est devenue un élément crucial de notre société, fournissant des informations précieuses sur notre planète et les activités humaines. Malgré cela, elle doit faire face à certains défis, tels que la saturation des canaux de communication radiofréquence, ce qui limite l’exploitation des données collectées. Cependant, les communications optiques sont en train de s’imposer comme solution de communication fiable et sans limites.

L’observation de la Terre consiste à collecter des données et des images à partir de satellites en orbite autour de la Terre, en monitorant la surface et l’atmosphère terrestre. La télédétection peut être effectué de manière passive, en utilisant des technologies telles que l’imagerie, l’imagerie hyperspectrale ou thermique, ou active, en utilisant des technologies comme le RADAR ou la méthode LiDAR. Ces technologies nécessitent des instruments et des capteurs spécialisés pour capturer des données dans différentes longueurs d’onde du spectre électromagnétique, telles que la lumière visible, l’infrarouge et le rayonnement micro-ondes. Les données collectées sont ensuite envoyées vers une station sol, où elles sont traitées et analysées à l’aide d’outils de calcul et de modélisation avancés.

Les informations traitées permettent la prise de décision sur un large éventail de sujets environnementaux et sociétaux. Cette pratique est devenue un outil essentiel pour les scientifiques, les décideurs politiques et le secteur privé, si bien qu’aujourd’hui, une grande variété de satellites sont en orbite, exploités par diverses agences gouvernementales, corps d’armée, entreprises privées et acteurs du New Space. Selon PwC, le marché mondial de l’observation terrestre était estimé à 7 milliards d’euros en 2015 avec 15 % de taux de croissance annuel moyen des services liés à l’observation de la Terre entre 2014 et 2019⁽¹⁾.

Le panorama des applications d’observation de la Terre comprend : 

Le monitoring environnemental : l’OT permet de surveiller l’état de notre environnement et ses évolutions climatiques ainsi que les conditions météorologiques ce qui permet de fournir des prévisions météo, mais également d’anticiper les catastrophes naturelles et donner l’alerte. En cas de sinistre, la surveillance en temps réel d’une zone permet une gestion plus efficace des opérations de recherche et de sauvetage.

Les activités humaines : L’OT est également utilisé pour soutenir une gamme d’activités humaines telles que la gestion de l’agriculture, la gestion de l’eau et de l’utilisation des terres. Elle permet également aux autorités d’effectuer le contrôle de la qualité de d’air et de l’eau, ainsi que de maintenir la surveillance maritime et lutter contre la déforestation et les feux de forêt.

La défense et la sécurité nationale : les données d’OT sont devenues un outil critique pour la défense la sécurité nationale. Un satellite d’observation militaire peut fournir des informations pour une multitude d’applications telles que la collecte de renseignements, surveillance, reconnaissance, et la protection des infrastructures. Avec des mises à jour en temps réel sur les activités dans les zones urbaines, les données OT aident à identifier les menaces de sécurité potentielles et permettent des réponses proactives.

Alors que le nombre de satellites actifs en orbite continue d’augmenter, atteignant près de 5.500 en 2022 selon l’UCS Satellite Database⁽²⁾ avec environ 1400 satellites d’observation terrestre en orbite autour de la terre selon l’Agence Spatiale Européenne (ESA)⁽³⁾ le besoin de liens bidirectionnels entre les satellites et le sol augmente proportionnellement. La fiabilité et le débit des communications deviennent donc des aspects essentiels, en particulier pour l’observation de la Terre, qui génère une grande quantité de données et d’images à transmettre au sol via des liaisons direct-to-earth. C’est d’ailleurs la limite principale de l’OT : la majorité des données restent coincées dans l’espace.

Les radiofréquences (RF), standard actuel pour les communications espace-sol, atteignent leurs limites en termes de capacité, ce qui ne permet plus de répondre aux besoins croissants des missions spatiales. Parmi les principales limites, on peut citer la congestion des canaux de communication RF dont l’utilisation nécessite l’obtention d’une licence afin d’éviter les interférences entre canaux. Une licence engendre des dépenses et des délais d’attente importants. Les bandes C, KA et Ku sont les canaux RF les plus utilisés, tandis que les bandes X et L sont principalement attribuées à l’armée et à la recherche.

Les communications laser en espace libre s’imposent comme une solution de communications fiable et capable de répondre aux besoins croissants de réseaux haut débit, sécurisés et robustes. Les lasercom peuvent assurer des liens sol-sol, espace-sol, ou bien espace-espace. La technologie s’appuie sur la propagation de la lumière dans le vide et dans l’air pour échanger des informations. Plus rapides, plus sûres, plus compactes et plus faciles à déployer que les technologies actuelles, elles ne nécessitent pas de bande de fréquence allouée. A titre d’exemple, un lien RF met 9 ans à télécharger une image très haute résolution de Mars lorsque ce même téléchargement ne prend que 9 semaines avec des communications laser. De plus, les communications laser ont l’avantage d’être compatibles avec les technologies télécoms terrestres ultra haute capacité (jusqu’à plusieurs Tbit/s), bénéficiant ainsi de la maturité technologique de l’industrie télécoms.

Sur Terre, ces communications lasers sont limitées par les turbulences atmosphériques. Les perturbations, causées par l’hétérogénéité et les mouvements permanents de l’air, affectent la phase et l’intensité du faisceau lumineux, dégradant la qualité du lien lorsqu’il entre dans l’atmosphère terrestre. Cependant, des solutions de compensation de la turbulence atmosphérique existent.

S’appuyant sur sa technologie Multi-Plane Light Conversion (MPLC), Cailabs a développé une station sol optique clé en main capable de compenser la turbulence atmosphérique. La station sol TILBA®-OGS permet de réceptionner vos données d’observation en haut débit et intactes :

• Permettant des communications optiques au-delà de 10 Gbps, aux standards CCSDS ou SDA
• Augmentant la portée et la robustesse des communications laser en présence de turbulence atmosphérique grâce aux briques technologiques TILBA®-ATMO et TILBA®-IBC intégrés au cœur de la station
• Compatible multi-mission et opérable à distance

Le ministère des Armées, l’AID (Agence de l’Innovation de Défense), la DGA (Direction Générale des Armées), la SSC (Swedish Space Corporation) ainsi que l’entreprise CONTEC font confiance aux OGS de Cailabs.

Références :

• Journée de la Terre : le rôle des satellites utile à la science mais aussi dans nos vies quotidiennes
• Earth observation inspires global inventiveness
• ⁽¹⁾ Pwc – Observation de la Terre
• ⁽²⁾ UCS Satellite Database

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