Le GPS

Vous l'utilisez en voiture, sur votre iphone, constamment, sans vous poser de question. Mais si vous avez un esprit curieux, vous pouvez vous demander comment fonctionne cette remarquable technologie utilisée initialement par l'armée américaine et étendue maintenant au domaine civil. Vous serez émerveillé par cette invention de génie!

Le Global Positioning System
GPS est l'acronyme c'est-à-dire le mot formé des initiales de Global Positioning System. Il désigne un système de positionnement par satellites.

                                                                                                                                                                   

Ce système est actuellement composé de 30 satellites répartis sur 6 orbites quasi-circulaires autour de la Terre à une altitude moyenne de      20 200 km. Chaque satellite fait le tour de la Terre en 11h 58 min 2s (demi-jour sidéral) et reprend la même position dans le ciel, vu du sol terrestre, tous les deux tours en 23h 56 min 4s (jour sidéral) durée que met la Terre pour faire un tour sur elle-même.
5 stations au sol poursuivent les satellites et enregistrent en permanence leurs positions et synchronisent (mettent exactement à la même heure) leurs horloges atomiques.






Distance d'un satellite à notre récepteur GPS
Notre récepteur GPS identifie un signal émis par l'un des satellites. Soit t le temps  mis par le signal pour aller du satellite au récepteur. Le signal se propage comme une onde lumineuse donc sa vitesse de propagation est la vitesse c de la lumière (300 000 km/s) et la distance d du satellite au récepteur est donnée par une formule très simple apprise à l'école:    d = c. t

Décalage de l'horloge du récepteur
L'horloge atomique du satellite  donne l'heure de l'émission du signal et l'horloge du récepteur  donne l'heure de sa réception. Comme ces deux horloges ne sont pas synchronisées, il y a  un léger décalage entre les heures données par les deux horloges.

Notre positionnement
Partout sur Terre on voit à tout moment au moins 4 satellites qui  transmettent les 4 distances d précédentes en prenant pour t la différence entre l'heure de réception du signal donnée par l'horloge du récepteur et l'heure de son émission donnée par l'horloge du satellite. On obtient un système d'équations à 4 inconnues: les 3 coordonnées de l'endroit où nous sommes, et le décalage de l'horloge de notre récepteur. Je vous rassure! Je ne vous proposerai pas la résolution de ce système! C'est le logiciel de notre récepteur qui le fera et donnera notre position.

Les autres systèmes de positionnement
GLONASS est le système de positionnement par satellites de la Russie.
Béidou, appelé aussi Compass, est celui de la Chine.

La constellation de satellites Galiléo (ESA J.Huart)

Afin de ne plus dépendre du GPS américain, l'Union Européenne, en collaboration avec l'ESA et le CNES,  commence à construire bien tardivement et tout doucement son propre système appelé Galiléo, qui sera constitué de 30 satellites placés en orbites circulaires à une altitude de 23 000 km.
Deux satellites tests GIOVE A et GIOVE B ont été lancés en Décembre 2 005 et Avril 2 008 par une fusée Soyouz depuis la base de Baïkonour.
Par une fusée Soyouz depuis la base de Kourou en Guyane, ont été lancés deux satellites en Octobre 2 011, deux autres en Octobre 2 012 et deux autres récemment, en Août 2 014 mais ces deux derniers n'ont pas été placés, hélas, sur l'orbite circulaire visée.

Espérons néanmoins que ces deux satellites égarés, qui coûtent cher, resteront utiles.... en dehors du programme Galiléo! Certes, la fusée russe Soyouz est très fiable malgré cet accident, mais ne pourrait-on pas la remplacer par notre bonne fusée européenne Ariane, celle qui a lancé la sonde Rosetta?