thumb|Le satellite d'observation ERS 2, modèle en taille réelle à la Cité de l'Espace à Toulouse Les applications des satellites sont les différents domaines dans lesquels les satellites artificiels lancés dans l'espace sont utilisés. On distingue les satellites scientifiques qui sont destinés à la recherche scientifique et les satellites d'application qui apportent une contribution pratique au fonctionnement de la société dans des domaines comme la météorologie, les télécommunications, la navigation, la gestion des ressources naturelles, la sécurité maritime, la prévention et le suivi des risques naturels. Depuis l'apparition des satellites à la fin des années 1950, les domaines d'application tendent à se multiplier et à se banaliser en influençant en profondeur la société et en donnant naissance à un nouveau secteur commercial. Le développement des satellites reste néanmoins concentré entre les mains de quelques puissances spatiales.
Les atouts du satellite
La conception et le lancement d'un satellite artificiel nécessitent des budgets importants : plusieurs dizaines à plusieurs centaines de millions d'euros dans un cas médian. Leur construction relève de l'artisanat (construction à l'unité) et comprend des composants sophistiqués ; le cout de la mise en orbite reste élevé. Néanmoins la position du satellite sur son orbite présente plusieurs avantages, qui lui permet de jouer un rôle croissant dans le fonctionnement de la société : Le satellite permet d'observer et de communiquer de manière quasi instantanée avec de grandes portions de la planète tout en bénéficiant d'une grande longévité (plus de pour les satellites en orbite géostationnaire les plus récents). En restant à l'aplomb d'une région du globe sur une orbite géostationnaire (altitude ) son champ d'action couvre en permanence plus d'un tiers de la planète de manière instantanée. Sur une orbite héliosynchrone beaucoup plus basse (environ ) il peut balayer avec ses instruments la surface de la planète en quelques jours. Un instrument unique placé en orbite peut ainsi effectuer un travail soit impossible à réaliser depuis le sol pour des raisons physiques, financières ou politiques soit qui nécessiterait un très grand nombre d'équipements au sol. Le satellite et sa charge utile sont en situation d'impesanteur. Le satellite est dégagé de l'atmosphère terrestre opaque à une partie du spectre électromagnétique permettant d'étudier tous le rayonnement en provenance de l'espace. Le satellite permet d'étudier l'espace proche de la planète où se déroulent des processus qui influencent directement les mécanismes climatiques.
Les différents types de satellites artificiels Les satellites sont classés généralement en deux catégories : satellites scientifiques et satellites d'applications.
Satellite scientifique
Les satellites scientifiques sont destinés à la recherche : Étude des couches supérieures de l'atmosphère, de l'ionosphère, de la magnétosphère et des ceintures de radiations, Vérifications de certaines lois de la physique qui bénéficient de l'impesanteur, Étude du champ de gravitation terrestre et la forme de la Terre (géodésie), Étude des mouvements affectant la croûte terrestre liés à la tectonique des plaques (géodynamique), Les télescopes et observatoires spatiaux dans le domaine de l'astronomie et de la cosmologie utilisent des instruments analogues aux télescopes terrestres. Leurs observations ne sont pas gênées par l'atmosphère terrestre qui déforme ou arrête une bonne partie du spectre électromagnétique. Ces instruments ont des champs d'observation plus ou moins larges et sont dédiés à une partie du spectre (lumière visible, infrarouge, rayons X, etc.). Certaines sondes spatiales après s'être placées en orbite autour d'autres corps célestes comme Mars, collectent des données qui sont utilisées pour des études de planétologie.
Les satellites scientifiques présentent la particularité d'être des objets généralement uniques. S'ils sont perdus lors du lancement, ils sont rarement remplacés.
Satellite d'applications
Ils ont une application commerciale dans les domaines de la météorologie, de l'Observation de la Terre (dite Télédétection), des télécommunications, de la navigation. Ils génèrent des revenus directs (satellites de communications) ou induits (météorologie, observation de la terre civile et militaire, navigation, etc.). Leur service ne devant pas s'interrompre, ils nécessitent des redondances en orbite et des remplacements par de nouvelles générations. C'est un vrai marché des satellites et de leurs applications. Les applications peuvent être civiles ou militaires. Certains satellites ont une dualité d'application, pouvant avoir plusieurs applications (Météorologie et Télécommunications, Civile et Militaire, par exemple, etc.). On trouve : Satellites de télécommunications : ces satellites sont utilisés pour transmettre des informations d'un point à l'autre bout de la Terre, notamment des communications téléphoniques ou de la transmission de données, les communications satellitaires et les programmes télévisés. Satellites de télédétection : ces satellites observent la Terre ou une autre planète autour de laquelle ils ont été mis en orbite, dans un but scientifique (température de la mer, manteau neigeux, sécheresse…), économique (ressources naturelles, agriculture…) ou militaire. Le spectre d'observation est vaste, optique, radar, infrarouge, ultraviolet, écoute de signaux radioélectriques… Satellites de positionnement : ces satellites permettent de connaître la position d'objets à la surface de la Terre, dans les airs (avions, missiles) et dans l'espace. Satellites militaires : à usage militaire et gouvernemental, ils peuvent être de télécommunications et d'observation de la Terre ou d'écoute électronique (satellite espion).
Les stations spatiales constituent une classe spéciale d'engins spatiaux en orbite autour de la Terre. Ils sont conçus pour être occupés par l'homme et on y effectue des expériences de recherche fondamentale ou appliquée qui nécessitent la présence de l'homme.
Satellite de télécommunications
De tout temps, les hommes ont eu le besoin vital de communiquer. Et depuis le début de l’Histoire, les communications n’ont cessé d’évoluer, en temps, en distance et en quantité d’informations transportées. Les satellites de télécommunications représentent pour le moment la pointe du progrès dans cette matière. Avant l’ère spatiale, aucune transmission de télévision n’était possible entre les continents, et les quelques câbles transocéaniques qui existaient ne pouvaient acheminer que quelques dizaines de conversations téléphoniques. En quelques années, le satellite a changé totalement la donne pour la télévision, le téléphone ou même Internet.
Caractéristiques générales Fonctionnement général
Le satellite de communication reçoit le signal de la station terrestre. Il l'amplifie et le transmet à une station réceptrice en utilisant une autre longueur d'onde. Les programmes de télévision, les communications téléphoniques, les données numériques peuvent être ainsi relayés à l’échelle planétaire.
Avantages d’un satellite par rapport aux communications terrestres
Les satellites de télécommunications sont à l’heure actuelle très nombreux car ils sont venus compléter et améliorer les possibilités des moyens de télécommunications terrestres par fil ou par ondes qui souffrent des limitations suivantes : Coût d’installation, de maintenance et des matières premières très élevé et augmentant fortement avec la longueur du réseau. Problème physique : plus la quantité d’information qu’il est possible de confier à une onde est grande, plus la longueur de cette onde est petite et moins bien celle-ci se propage à la surface de la Terre. Si elle est de quelques mètres, chaque obstacle susceptible d’arrêter la lumière l’arrête également (montagnes…) Exposition aux tremblements de Terre, inondations, tempêtes et autres risques majeurs qui peuvent détruire la ligne.
Avant l’arrivée des satellites, les images venant d’autres continents ne nous parvenaient que par avion, plusieurs jours après avoir été filmées. Quand le satellite arriva, celui-ci résolut, dans son principe même, les trois contraintes citées ci-dessus. Primo, il est un moyen idéal pour la transmission d’informations sur des aires géographiques très vastes. Il possède donc a priori une vocation mondiale puisqu’il ne nécessite pas une lourde infrastructure au sol, ce qui paraît particulièrement bien adapté pour un pays dont le peuplement est discontinu. Secundo, les satellites de télécommunications offrent la possibilité de communiquer entre deux points éloignés sans être gêné ni par le relief, ni par la courbure de la Terre, à condition de rester dans l’aire de visibilité du satellite assurant la transmission. Tertio, le satellite ne risque rien dans le cas d’un tremblement de terre ou d’une inondation et les infrastructures au sol occupent une si petite surface que le risque de dégâts en est fortement réduit.
Les différents types de satellites de télécommunication
Tous ces avantages, plus le fait qu’ils soient une des seules applications spatiales rentables, expliquent certainement l’expansion des satellites de télécommunication (on estime à un millier aujourd’hui le nombre de satellites de télécommunications). Le premier d’entre eux fut Echo 1. Il s’agissait d’un satellite passif puisqu’il réfléchissait seulement l’énergie qu’il recevait. Le signal était fortement diminué et ce fut le premier et le dernier des satellites de télécommunication passifs. À partir de 1962 et de Telstar, les satellites sont tous devenu « actifs » : ils reçoivent les signaux, les amplifient et les réémettent à partir de répéteurs. Leur charge utile se compose de panneaux solaires fournissant l’énergie nécessaire à l’amplification du signal et des antennes plus ou moins directionnelles qu’il faut orienter avec une grande précision vers la Terre. Les antennes terrestres doivent par ailleurs impérativement être pointées avec précision en direction du satellite pour la réception comme pour l’émission. Les premiers satellites télécoms étaient des satellites à défilement, c'est-à-dire qu’ils n’étaient visibles que quelques minutes. Cette orbite basse a été rapidement abandonnée et maintenant la plupart des satellites de télécommunications (le premier fut Early Bird en 1965) sont logiquement placés sur une orbite géostationnaire pour que les antennes soient constamment reliées entre elles, sans coupures. Pourtant aujourd’hui, on en revient aux satellites à défilement (et même à une constellation de satellites à défilement) pour répondre à la croissance de l’utilisation des téléphonies mobiles.
Affaiblissement possible du signal
Certains phénomènes météorologiques et astronomiques peuvent affaiblir un signal (la pluie ou des vents solaires). Le signal est aussi plus facilement arrêté par le relief en région de haute latitude (l’angle sol-satellite est plus faible et l’ « ombre » est donc plus grande).
Deux ressources fondamentales
Un satellite de télécommunications utilise deux ressources limitées : l’orbite géostationnaire et une bande de fréquence radio réservée (voir annexe I). À quelques rares exceptions près (utilisations du laser pour les communications sous-marins – satellites, par exemple), toutes les communications par satellites exploitent les ondes radio. Avec l’augmentation continue du nombre de satellites, le problème de l’allocation des fréquences est devenue extrêmement complexe. Le spectre des fréquences utilisables apparaît déjà très exploité. Cependant, les progrès des techniques de transmission de données ont permis de décupler la capacité des installations et de réduire la taille des stations terrestres. Les méthodes numériques de codage à la source ont ainsi entraîné une division par dix du débit nécessaire pour transmettre une communication téléphonique ou une émission de télévision.