Proposé par Louis Viratelle, mis à jour le 6 décembre 2019.

Les réseaux satellitaires qui fournissent internet reposent sur l’éloignement des émetteurs (les satellites) de la terre pour propager leurs ondes sur des territoires beaucoup plus importants que via des infrastructures terrestres. Ce fonctionnement est possible via la mise en orbite de satellites afin d’assurer une large couverture, à l’image des services de géolocalisation.

Ka-Sat, un satellite Européen lancé en 2010 qui permet l’accès à Internet partout en Europe

Le système repose sur l’émission à très haut débit d’une connexion internet aux satellites via des paraboles sur terre de grande taille et au champ d’action très resserré afin de concentrer les ondes au niveau des satellites.

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Antenne installée au téléport de Paris-Rambouillet, émettrice d’un signal Internet à des satellites de télécommunication.

Ces derniers jouent le rôle de répéteur, en baignant une section de la terre d’ondes à la propagation large afin de permettre l’accès à Internet à un grand nombre de personnes en même temps.

Les actuelles solutions reposent sur des satellites géostationnaires (leur position suit la rotation de la terre donc ne varie pas de notre point de vue) et le déploiement de cette technologie était prioritairement destiné aux services militaires qui éprouvaient le besoin de pouvoir communiquer facilement via internet depuis des zones reculées. Leurs orbites se situent aux environs des 36 000 km au dessus de la terre. Le principal intérêt de cette solution est que chaque satellite couvre une zone de notre planète très importante ce qui limite le nombre de satellite nécessaire pour le bon fonctionnement du réseau sur l’ensemble du territoire. De ce fait, c’est une solution qui est aujourd’hui accessible au grand public et en particulier aux personnes qui logent dans les zones dénuées d’accès à Internet par des technologies terrestres.

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Fonctionnement schématique du réseau Internet par satellite.

Au vu de la distance entre les satellites et la terre, plusieurs contraintes sont notables. Les réseaux permettent une connexion de l’ordre de 50Mb/s grand maximum en téléchargement et 8Mb/s en upload. Cela correspond à une ADSL de bonne qualité ce qui est encore aujourd’hui, correcte.

Mais un désavantage conséquent est celui de la latence. Les lois de la physique ne pouvant être dépassées, le signal qui transite des satellites à la terre est contraint de se limiter à la vitesse de la lumière. De ce fait, certains usages sont à procrastiner, en particulier les services qui demandent un rafraîchissement incessant des données (le cloud computing, les jeux vidéos en ligne etc…)

Enfin, la réception des données provenant des satellites n’est possible uniquement qu’à l’aide d’un boîtier comportant une antenne de taille plutôt imposante (très souvent une parabole).

Toutes ces contraintes font que ce service n’est pas majoritairement prisé et certaine infrastructures comme les réseaux cellulaires déployés au sol sont largement plus adaptés à une utilisation massive via des appareils de taille très réduite à l’image des montres connectées ou des smartphones.

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Antenne parabolique de réception de signaux satellite.

De ces constats sont nés de récents projets par les plus grandes entreprises de notre siècle. L’idée est de reprendre entièrement le fonctionnement d’accès à Internet par satellite tout en trouvant des solutions innovantes aux contraintes qui ont empêchées la démocratisation de ce service qui pour rappel, vise à donner accès à la seconde moitié de la population humaine au réseau Internet, le tout avec de faibles coûts pour l’utilisateur.

A émergé en premier lieu l’idée de mettre en place un réseau de ballons à faible altitude (20 km) afin d’accroître les débits et de diminuer grandement la latence de la connexion. Également, du fait de la facilité de mise en place des ballons, le service est moins onéreux à œuvrer que le concept de satellite. En contrepartie, les ballons sont moins autonomes et doivent se poser au bout de 180 jours ce qui demande un entretien du service conséquent. Enfin, le nombre de ballons nécessaires est très important car la surface couverte par un seul d’entre eux est de 80km. Plusieurs tests ont été réalisés mais aucune mise en service commerciale n’a vu le jour. L’idée des ballons est nommée “Project Loon”, et une infrastructure similaire est étudié via des drones sous le nom “Aquila”, un projet de Facebook. Ce sont aujourd’hui des programmes qui restent toujours explorés mais qui s’avèrent très complexe et aux ambitions trop grande pour être mis en place à l’échelle mondiale.

 

L’idée de satellites est alors remise au goût du jour sous le nom de OneWeb, réseau voulu et étudié par Virgin, Qualcomm, Airbus et appuyé par l’Union Européenne. Leurs rivaux sont Starlink, propulsé par Elon Musk et son équipe de SpaceX mais également le plus discret projet Kuiper ambitionné par Amazon.

Ils ont le même ultime but de rendre accessible Internet à tous, car faute de moyens financiers ou d’absence d’infrastructure, beaucoup en sont démunis. Mais pour conquérir un public dans le besoin et dans une outre mesure, séduire ceux qui sont déjà habitués au numérique, le réseau doit être fiable, peu cher, performant et permettant d’accéder à Internet dans les avions et les trains de manière beaucoup plus exploitable par les utilisateurs.

Pour répondre aux manques de performances des actuels satellites en orbite à 36 000 km, des constellations entière seraient construites beaucoup plus proche de la terre. Il est question d’une orbite basse, de 500 à 1200 km. Dès lors, les fréquences utilisées peuvent diverger et donc accuser de meilleurs débits. Également, les problèmes de latence seraient moins importants bien qu’ils resteraient toujours à prendre en compte pour certains usages des plus modernes et pointus. Enfin, il ne serait plus question de satellites à la position fixe mais qui parcouraient la terre à des vitesses définies et régulières, à l’image de l’ISS.

L’idée de constellation exprime l’image d’une grande flotte de satellites. Il est question d’environ 800 satellites pour Kuiper quand ce nombre atteint la douzaine de milliers pour Starlink. Moins de satellites signifient un tôt de lancement sur le long terme plus grand afin de renouveler le réseau quand plus de satellites signifient beaucoup de lancement au début de la mise en place du réseau mais ce dernier serait moins faillible sur le long terme. Chaque projet défend son idée de gestion du réseau, en misant sur la quantité (qui réduit le coût unitaire de production) ou sur la performance de chaque satellite.

En ce jour, les détails restent assez vagues cependant il serait question de satellites capable de faire varier leur angle de couverture via des antennes mobiles et des réseaux beaucoup plus automne quand au processus de destruction des matériels usagés et de déviation des trajectoires pour minimiser les risques de collision qui augmentent à mesure que les années s’écoulent. Ces processus sont encore manuels mais vont devoir s’autonomiser dans les années qui arrivent pour faire face à la mise en orbite massive d’objets autour de la terre.

Actuellement, Starlink a déjà lancé plus de 120 satellites en orbite. Seul les soixante derniers marquent le lancement grandeur nature du projet, les appareils n’étant plus des prototypes mais faisant partie d’une production régulière. Ils ont la particularité de communiquer entre eux via des faisceaux lasers pour assurer la fluidité de transitions des connexions depuis la terre d’un satellite à l’autre (leur mouvement perpétuel l’obligeant). C’est l’une des spécificités de Starlink et de son réseau proche de la terre, au plus grand malheur des astronomes qui redoutent la démultiplication d’objets mobiles et artificiels dans le ciel qui brouillent leurs observations.

Les bandes fréquences utilisées pour communiquer avec la terre sont les Ku, les Ka et la bande V (micro-onde). Ce dernier type de bande est très peu utilisé aujourd’hui et sera exploité par Starlink et ses satellites les plus proches de la terre (340 km). Cette bande fréquence plus haute que les autres à l’avantage de meilleurs débits pour concurrencer les réseaux terrestres mais en contrepartie, elle est sensible aux conditions météos car la connexion s’amoindrit avec la pluie et le mauvais temps. Les trois niveaux de satellites Starlink vont devoir trouver un bon compromis pour obtenir un réseau qualitatif et surtout, au signal constant. Les réseaux actuels de satellites pour Internet reposent grandement sur la fréquence Ka.

Starlink a demandé la mise en place d’un million de stations terriennes sur l’ensemble du globe afin d’assurer la connexion des satellites à Internet. Le projet final est d’obtenir des débits proche des 1 gigabit par seconde avec un taux de latence très réduit (inférieur à 35 ms contre 600 pour les actuels satellites de télécommunication). Enfin, le but est de pouvoir accéder à Internet par satellite depuis des appareils aussi petits que des smartphones quand les actuelles solutions requièrent la plupart du temps une antenne parabolique.

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Image de la production par Airbus des satellites prototypes pour OneWeb. © Airbus OneWeb Satellites

Les connexions Internet mondiales évoluent drastiquement par des projets qui se concrétisent d’année en année. Actuellement, aucune législation traite de la protection des données et de leur confidentialité. Les conflits géopolitiques sont importants à prendre en compte, à l’heure où la neutralité du web prend de l’ampleur. La dépendance de ces projets avec les politiques doit être définie afin de déterminer les conséquences de la mise en place concrète de ces services. Cela permettrait de prévoir des réseaux profitables à tous et durables à l’image des satellites de géolocalisation type Galileo, GPS, Glonass ou encore Beidou. Les questions sanitaires doivent être abordées par des organisations indépendantes au même titre que l’impact carbone et écologique de ces réseaux. Seul les questions des bandes fréquences et de l’organisation spatiale sont matures et correctement organisées en ce jour.

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