Starlink : un déploiement qui s’intensifie avec un nombre de commandes conséquent, symbole de l’ampleur du projet

Dossier : malgré un développement rapide du réseau, les enjeux de la robustesse du maillage et de la pollution restent une réalité. Pour autant l’entreprise télécom américaine ne baisse pas les bras et a atteint les 500 000 commandes. La France est l’une de ses prochaines cibles prioritaires.

|Écrit de Louis Viratelle. 
Avec la participation de Bogdan Geambasu
Édition Alexandre Pierrat

Publié le 15 mai 2021. 

|Écrit de Louis Viratelle
Avec la participation de Bogdan Geambasu
Édition Alexandre Pierrat
Publié le 15 mai 2021.  

Encore inconsidéré il y a quelques années, les constellations de satellites deviennent aujourd’hui une réalité. Starlink est en ligne de mire, et souhaite prouver que de telles réseaux peuvent atteindre la rentabilité. Mais l’entreprise doit faire face à de nombreux défis pour s’intégrer à un marché des communications Internet déjà bien occupé par diverses technologies.

Après la concrétisation du réseau cuivré qui a permis la téléphonie, le fax, le minitel, puis la connexion à Internet via l’ADSL, après les réseaux cellulaires et le développement de la fibre optique, après les connexions à Internet par satellite fixe, Starlink souhaite développer un réseau de communication par Internet encore plus global.

Les infrastructures « cloud » n’auront jamais aussi bien porté leur nom : il suffit aujourd’hui de pointer une antenne parabolique en direction des nuages pour se connecter à eux, quelque soit notre position dans le monde, en plein milieu de l’océan comme au fin fond d’une forêt à l’état sauvage.

Pour atteindre une telle finalité, Starlink repose sur un réseau maillé de satellites. A terme, plusieurs dizaines de milliers de satellites artificiels pourraient arpenter la Terre sur des orbites basses (l’échelle de l’altitude des orbites varie de quelques centaines de kilomètres à un peu plus d’un millier). Contrairement aux satellites de télécommunications « traditionnels », ceux de ces réseaux ne sont pas sur des orbites géostationnaires. Ils parcourent le ciel de manière mobile et survolent diverses zones. Ainsi pour établir une connexion homogène et globale à travers le monde, le réseau de satellites doit être dense afin de ne laisser aucune « zone blanche » sur Terre.

Vue d’artiste de la constellation de satellites Starlink.

Du fait de la densité du réseau (et des progrès techniques), chaque satellite est relativement léger et compact.
Cela permet aux lanceurs qui mettent en orbite ces satellites de s’y prendre par grappe. Pour Starlink, les grappes comportent souvent une soixantaine d’unités identiques. Une fois détaché du lanceur, la grappe s’effiloche en quelques heures : chaque satellite rejoint sa propre orbite de manière autonome avant de se mettre en service.

L’utilisation des orbites basses permet notamment de réduire la distance entre les satellites et la Terre. De ce fait, la latence Internet est réduite (la lumière parcourt moins de distance entre les satellites et la Terre).
D’un point de vue pratique, ces orbites ont aussi la caractéristique de laisser les satellites retomber au sol et de se consumer dans l’atmosphère de manière physique et automatique quand ils sont en fin de cycle de vie, ou bien s’ils devenaient infonctionnels. Le temps nécessaire à un satellite pour retomber dépend des caractéristiques des orbites, et peut parfois être très important.

Le but de ces satellites est d’être un relai sans fil. Chaque satellite communique avec des stations terrestres (des antennes de taille assez importante disposées à diverses localisations géographiques, sur tous les continents).
Ces stations terrestres possèdent une liaison au réseau internet très puissante et font transiter les données vers l’espace, en direction des satellites.
Ces derniers récupèrent les communications (et en envoient), et font de même avec d’autres fréquences et antennes embarquées pour communiquer avec les antennes des utilisateurs de Starlink. Ainsi ils permettent de relayer les données entre les stations terrestres qui sont connectées à Internet, et les antennes utilisateurs qui peuvent donc se connecter à Internet par l’intermédiaire des satellites.

De ce fait, Starlink a besoin pour fonctionner de déployer des stations terrestres, capables de connecter la constellation au réseau Internet.
L’entreprise espère pouvoir construire de telles infrastructures comme à Saint-Senier-de-Beuvron, une petite commune normande qui est pour le moment sceptique à l’idée de ce projet.
Elle explique son opinion en citant notamment la pollution visuelle engendrée, mais aussi l’absences de données claires sur les émissions magnétiques dégagées par les antennes. 

Prototype d’une station terrestre Starlink à Merillan dans le Wisconsin aux Etats-Unis.

Mais depuis plus d’un an, quelques-uns des satellites de Starlink peuvent communiquer entre eux à l’aide d’un système de faisceaux laser.
L’idée de cette technologie est de limiter le nombre de stations terrestres, notamment dans les zones reculées et peu peuplées comme en Alaska.
Ces types de satellites se transmettent mutuellement les communications Internet à l’aide d’un système de laser, qui permet de concentrer en un point tout le flux et de limiter grandement les pertes.
On imagine que ce moyen permettra à terme de limiter les dégâts si des stations terrestres devenaient infonctionnels, pour des raisons techniques comme politiques ou intentionnelles.

Concernant l’antenne parabolique détenue par les clients de Starlink, celle-ci est de taille plus contenue.
De forme circulaire et d’un blanc immaculé, la mise en place de ces antennes est pensée pour être intuitive.
Il suffit de la poser au sol pointant vers un ciel dégagé, puis de l’alimenter.
Le reste de la procédure est automatisée et se réalise depuis l’application Starlink pour Android et iOS. L’antenne repose sur un socle motorisé qui est capable d’orienter de façon automatique l’antenne vers les satellites pour obtenir le meilleur débit possible.

L’antenne est reliée à un routeur wifi, qui transforme le signal reçu en une connexion wifi traditionnelle.
L’ensemble reprend les codes esthétiques de SpaceX, avec des tonalités à fort contraste, allant du blanc au noir.
Les lignes sont très simplistes mais racées, ce qui procure au matériel une apparence très technologique, moderne et élégante.
L’expérience produit semble très éloignée de l’antenne TV reliée à un décodeur massif ennuyeux et à l’aspect inconsidéré.

La solution Starlink peut être utilisée avec un certain degré de mobilité. Son usage pourrait à terme être envisageable sur des transports mobiles comme un camping-car, un avion, ou encore un train.

Pour autant l’utilisation première du réseau est bien fixe et s’adresse notamment aux personnes vivant loin de bonnes infrastructures de communications cellulaires et filaires.

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Apparence de l’antenne Starlink détenue par les utilisateurs. – SpaceX

Concernant les caractéristiques d’usages pures, Starlink affirme pouvoir offrir un débit entre 50 et 150mbit/s pour une latence de 20 à 40 ms durant la phase de béta en France.
Ces caractéristiques sont bien entendu variables, du fait du mouvement des satellites et de leur densité. Mais les différents tests réalisés par des particuliers semblent confirmer cette tendance, les débits annoncés sont tout à fait légitimes avec ceux constatés en pratique. Durant la phase de beta actuelle, certaines coupures temporaires sont visibles. La constellation n’étant pas encore aboutie, le réseau est par moment perdu, comme le précise l’entreprise à ses premiers clients.

Malgré les ambitions assez folles de Starlink, projet à l’origine d’Elon Musk, les lancements de satellites s’enchainent à un rythme effréné et le réseau mondial devient une réalité.

Le plus positif semble être le nombre de commandes d’antennes Starlink, qui a dépassé les 500 000. Un nombre conséquent, qui permettra à l’entreprise de percevoir une première source de revenu. Pour autant, la rentabilité est encore très loin d’être atteinte au vu des coûts des satellites, qui s’ajoutent à ceux des lanceurs même si SpaceX les abaissent fortement avec ses techniques de réutilisation.

Il y a quelques jours, Starlink a annoncé lancer sa campagne de « beta test » en France. C’est le premier pays qui ne parle pas anglais dans lequel l’entreprise se lance.
Pour le moment seulement les Etats-Unis, le Québec et le Royaume-Uni pouvaient profiter du service, en comité réduit (toute proportion gardée).
L’autorité de régulation des télécoms a autorisé l’entreprise à exercer en France, ce qui lui permettra de conquérir son premier marché européen très prochainement, les précommandes étant déjà lancées.

Comme pour les autres pays, la connexion à la constellation en France se fera via l’achat de l’antenne et du modem Starlink à 499 euros en plus de la somme mensuelle de 99 euros.


Starlink, un réseau prometteur mais qui n'est pas dénué de contraintes et de défauts

A terme, l’idée de Starlink est de cibler les pays en voie de développement et les régions les plus reculées dans le monde.
L’ADN de ce projet est de proposer à tous un accès au réseau Internet fiable et suffisamment puissant pour la plupart des usages.
Si la constellation en elle-même est grandiose, la cible de Starlink l’est tout autant.

A l’heure actuelle et malgré les apparences, la moitié de la population terrestre n’est pas reliée à Internet.
L’une des raisons est le manque d’investissement dans les infrastructures terrestres (antennes et réseaux filaires) pour connecter les populations.
Ce sont bien ces populations que Starlink ambitionne un jour de relier au plus grand réseau de télécommunication au monde.

Pour autant et comme vu précédemment, le chemin avant d’arriver à un tel but est encore très long. Le tarif de l’antenne mais surtout la somme mensuelle est bien plus élevée que pour n’importe quel abonnement ADSL, 4G, 5G, ou même fibre.

Starlink a donc aujourd’hui une cible très restreinte, notamment en France où les infrastructures au sol sont parmi les plus développées au monde.
Difficile donc de penser que la constellation sera utilisable dans les prochains mois par une population avec peu de ressources financières, d’autant plus que le réseau est confronté à la problématique de la densité des populations.

L’une des craintes avec Starlink est la saturation des satellites qui relaient les signaux. Si la solution sera à terme utilisable à travers le monde entier, les grandes villes où le nombre d’habitant au kilomètre est très important semble être un réel défit.
Du fait que chaque satellite couvre une zone bien définie sur une orbite non stationnaire, il est difficile de propager plus d’ondes sur une même zone pour faire face à une forte demande. C’est l’un des gros défis du développement de ces constellations.

Déploiement d’une grappe de satellites Starlink avec le lanceur Falcon 9.

Starlink comme les constellations de satellites en général sont également confrontés à de nombreux enjeux environnementaux.

Des pollutions matérielles dans l’espace en passant par les émissions carbones ou encore celles lumineuses qui pourraient abimer un patrimoine naturel encore peu altéré par le développement humain, les défis sont nombreux.

Concernant la pollution dans l’espace, l’une des forces des orbites basses reste de permettre aux satellites de retomber sur terre et de bruler dans l’atmosphère par la force (physique) des choses.
Cela permet aux satellites de ne pas rester sur leur orbite indéfiniment et de finir par disparaitre, même s’ils deviennent totalement inopérants.

Pour autant, la question des collisions demeure. Deux satellites se heurtant à plusieurs milliers de kilomètres produisent une infinité de débris spatiaux, chacun évoluant à des vitesses très importantes.

Ces débris, même de petites tailles deviennent un réel problème pour les activités du spatial. Il est impossible de répertorier les plus petits d’entre eux (ce sont les plus nombreux), et ils pourraient à terme perturber régulièrement des missions et même compromettre la sécurité d’un équipage.

Un débris de la taille d’un écrou s’écrasant sur une fusée, un satellite ou encore un vaisseau à plusieurs milliers de kilomètres par heure fait à coup sûr d’importants dégâts.

Une autre contrainte à laquelle Starlink est confrontée concerne les émissions carbones. Si en l’état des choses l’industrie du spatial émet peu de carbone à l’échelle de l’humanité, l’entretient d’une constellation de satellites nécessitera d’en lancer de nouveaux.

Or sur la durée, un tel réseau pourrait s’avérer avoir des conséquences sur les émissions, même si les lanceurs sont voués à évoluer et pourquoi pas à utiliser de nouveaux ergols moins polluants.
Starlink est exclusivement lancé par les lanceurs de SpaceX. Starlink est d’ailleurs un projet entièrement piloté par l’entreprise SpaceX. Le lanceur Falcon 9 est pleinement mobilisé dans la mise orbite pour Starlink or celui-ci repose en partie sur la combustion de l’ergol RP-1 (Rocket Propellant 1), un kérosène ultraraffiné.

Brulé, ce mélange produit du CO2, de la vapeur d’eau, du monoxyde de carbone, de la suie et des oxydes d’azote. Un mélange qui n’a rien de très subtile, ni de très désirable à l’heure de l’urgence climatique.
Pour mettre en contexte la pollution engendrée par un lanceur, 425 tonnes de CO2 sont émises en une minute, contre 350 tonnes pour un vol Paris / New-York avec un Boeing 747.

Face à l’ampleur de l’industrie aéronautique, l’ensemble des lancements spatiaux n’émettent aujourd’hui que très peu.
Mais si la fréquence de leur utilisation était de l’ordre journalière, la question de leurs effets sur le réchauffement climatique pourraient davantage se poser. 

Pour autant difficile de penser que l’industrie atteindra un jour une telle cadence de lancement, du moins en l’état de l’évolution des technologies. Les émissions que produisent la constellation Starlink restent contenues. Mais elles pourraient potentiellement devenir un jour plus importantes que pour un réseau filaire comme la fibre qui une fois installé, peut rester intacte pendant des décennies.

Trainée visible depuis la Terre lors du déploiement d’une grappe de satellites Starlink.

Enfin Starlink est confronté à de nombreux conflits concernant la pollution lumineuse que va engendrer leur constellation dans le ciel.
Une page entière y est d’ailleurs dédiée sur leur site, afin d’expliquer les efforts que l’entreprise fourni pour minimiser l’impact de leur activité à ce niveau.

Pour bien comprendre les tenants et aboutissants de cette question, une unité de mesure doit être comprise. La notion de magnitude correspond en astronomie à la luminosité d’un objet dans le ciel.

Lorsque la magnitude est inférieure à 5, l’objet est visible par l’œil humain. Au-dessus de cette valeur, l’objet émet une lumière trop faible pour que l’on puisse la voir.
Les satellites Starlink en orbite basse ont une magnitude de 3,2.
A 550 et 1150 km d’altitude, les satellites de la même entreprise ont une magnitude respective de 4,8 et 7,5. Plus leur altitude est haute, moins l’objet est visible.

Mais outre la notion de magnitude, il faut surtout considérer le nombre de satellites visibles au même instant. Après tout, des objets lumineux artificiels, il en existe depuis des décennies.

Olivier Hainaut, astronome belge a étudié l’impact de ces constellations sur le ciel. Pour cela, il a considéré un nombre de 26 800 satellites, une donnée en adéquation avec les ambitions de lancement des principaux acteurs.

Il constate que les satellites sont de moins en moins visibles à mesure que le Soleil s’éloigne de l’horizon. Lorsque la lumière de notre étoile est assez éloignée de l’horizon pour que les astronomes commencent leurs activités, 160 satellites de ces constellations sont simultanément illuminés dans le ciel, dont au maximum 5 visibles par l’œil humain.

A mesure que la nuit avance, ce nombre s’abaisse.
La pollution visible à l’œil humain reste donc largement contenue, mis à part lorsque les satellites sont lancés : la grappe qu’ils forment est particulièrement visible dans un premier temps, avant qu’ils ne soient chacun sur leur orbite (l’inclinaison des panneaux solaires est pensée à ce moment pour maximiser temporairement la recharge électrique, mais le satellite reflète aussi beaucoup plus de lumière pendant quelques heures).

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Illustration de divers améliorations possibles pour réduire la visibilité des satellites Starlink. – SpaceX

Mais les conséquences sont plus grandes pour les observations avec les télescopes. Certains de ces outils peuvent être sensibles à des objets avec une magnitude de plus de 25.
Dans ces conditions, la trace de l’humain dans le ciel devient beaucoup plus visible et problématique.

L’énorme télescope LSST (pour ‘Large Synoptic Survey Telescope’) dont les premiers usages devraient débuter l’année prochaine au Chili est par exemple un outil qui devrait subir particulièrement la présence des constellations de satellites.

L’instrument est extrêmement sensible aux variations de luminosité, et balaye une très large partie du ciel.
Au début de la nuit, les constellations pourraient impacter jusqu’à 30% des images du LSST.
Pour autant ce chiffre s’amoindrit fortement pour les télescopes moins sensibles et se fixant sur une zone restreinte du ciel. Le pourcentage d’images impactées par la présence de satellites artificiels ne devrait dépasser les 1,5, une valeur « tolérable » selon Olivier Hénaut.

Pour contrer les pollutions lumineuses des constellations, SpaceX investi dans diverses techniques qui pourraient être embarquées sur ses satellites, comme l’emploi de revêtements sombres.
Ces revêtements absorbent davantage la lumière et les satellites apparaissent donc moins visibles.

Mais l’intégration de tels matériaux est un réel défi, notamment thermique. Assombrir le satellite implique d’accroitre la chaleur émise par les matériaux du fait de l’importante absorbance électromagnétique du spectre lumineux.

Trouver un juste équilibre entre absorbance, réflexion et émission thermique n’est pas une mince affaire, mais SpaceX semble s’améliorer.

Outre les matériaux, l’équipe de Starlink pourrait utiliser un système de visière pour limiter les fortes réflexions, adapter l’inclinaison des panneaux solaires et des parties les plus réflectives pour limiter leur exposition directe vers la Terre, ou encore modifier l’angle de vol des satellites, toujours dans l’optique de trouver un juste compromis entre leur visibilité et leur opérabilité.

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