Dirigeables, ballons, drones... : les satellites sont-ils une espèce en voie de disparition ?

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Thales Alenia Space se dit prêt à relever le défi du dirigeable stratosphérique stationnaire
Thales Alenia Space se dit prêt à relever le défi du dirigeable stratosphérique stationnaire (Crédits : DR)
L'arrivée de nouveaux systèmes non spatiaux capables de missions d'observation, de surveillance et de relais télécoms sont-ils une menace pour les satellites ? D'autant que ce sont des systèmes qui sont également beaucoup moins chers...

L'industrie satellitaire va-t-elle être confrontée d'ici peu à un big-bang ? Ou à une évolution de rupture avec l'arrivée de nouveaux systèmes non spatiaux remplaçants une partie des missions des satellites d'aujourd'hui, notamment dans l'observation et la surveillance, et surtout beaucoup moins cher ? Pas impossible. "On sent bien que l'espace pourrait être une solution, mais pas la seule", constate le PDG d'Arianespace, Stéphane Israël.

Une nouvelle génération de systèmes non spatiaux arrive à maturité comme les ballons de Google (Loon) et le pseudolite à haute altitude (High Altitude Pseudo-Satellite - HAPS) d'Airbus Defence & Space (Zephyr) ou en voie de développement comme celui de Thales Alenia Space (TAS) avec son fameux dirigeable StratoBus, des Américains (Lockheed Martin, Northrop Grumman…) et des Japonais (JAXA). "Peut-être que l'avenir c'est plus le satellite low cost que le lanceur low cost", s'interroge Stéphane Israël, qui estime qu'"il faut que le coût d'accès à l'espace soit le plus limité possible". Une tendance qui peut favoriser le come-back des dirigeables.

Le Zephyr, un vent d'avance

Airbus Defence & Space (ADS), qui travaille sur les pseudolites à haute altitude depuis 2008, a pris une longueur d'avance commerciale avec le programme Zephyr. Le groupe européen s'apprête à commercialiser cette année un HAPS, qui détient le record du monde d'endurance (350 heures de vol d'affilée) et vole à 20 km d'altitude au-dessus du trafic aérien. "Le Zephyr 7 a manifestement des années d'avance sur tous les autres systèmes HAPS existants, et nous avons passé l'année dernière à en analyser et concevoir les aspects perfectibles", explique le directeur technique du Zephyr au sein d'ADS, Chris Kelleher. Une longueur d'avance certes, mais avec un produit qui sera beaucoup moins performant que les futurs dirigeables stratosphériques imaginées par les Américains et par TAS. A condition bien sûr de valider les projets en cours. Ces engins devraient arriver sur le marché commercial dans sept ans environ, estime le patron du programme StratoBus Jean-Philippe Chessel chez Thales Alenia Space.

Avec une envergure de 23 mètres et pesant 50 kilos, le Zephyr ne peut emporter qu'une charge utile de cinq kilos : transmetteur, caméras optiques et infrarouges. Avant de choisir ce type de HAPS, le directeur du programme Zephyr Jens Federhen avait abandonné la piste des dirigeables stratosphériques, estimant qu'ils consommeraient trop d'énergie pour se maintenir sur place face au vent.

Thales tente le pari du stratosphérique

Fort de ses études de préfaisabilité, Thales Alenia Space se dit quant à lui prêt à relever le défi du dirigeable stratosphérique stationnaire, qui répond pour le moment au cahier des charges du groupe pour développer un démonstrateur. Le groupe spatial prévoit de développer un démonstrateur dans cinq ans, puis deux ans plus tard de commercialiser un dirigeable avec des technologies qui arrivent aujourd'hui à maturité.

"C'est le time-to-market à tenir", juge Jean-Philippe Chessel, qui prévoit déjà une nouvelle génération de dirigeables plus performants à un horizon de 15 ans. Un "marché qui existe" et qu'il estime à 1 milliard de dollars, partagé entre un tiers pour le marché institutionnel et deux tiers pour le marché commercial. La Direction générale de l'armement (DGA), qui se montre intéressée par ce projet dont elle a suivi l'étude de faisabilité, selon TAS, pourrait apporter son écot. "Le premier fabricant aura un avantage vis-à-vis de ce marché", estime en tout cas Jean-Philippe Chessel.

Cinq ans de durée de vie

Pour être attractif, TAS vise certaines performances incontournables. Les premiers StratoBus emporteront une charge utile de 200 kg (soit une charge utile d'un satellite de la gamme Globalstar) et seront à l'abri des Jet Stream. Soit à une altitude comprise entre 18 et 25 km. Ce qui lui permettra de balayer par tous les temps avec un petit radar une zone de 500 km à une altitude 20 km (contre une vision continentale pour les satellites) et de lutter contre des vents moins forts. Le StratoBus devra également être repositionnable pour pouvoir revendiquer une autonomie à poste de douze mois sur douze et 24h sur 24. Mais, selon la force des vents, la première génération des StratoBus ne pourrait assurer des missions que de huit mois sous les latitudes françaises, mais en revanche pourrait atteindre des durées de mission de 12 mois autour de l'équateur.

Le StratoBus devrait avoir une durée de vie de cinq ans sans interruption de mission. Tous les ans, il devra être redescendu (trois heures, contre quatre heures de montée) pour "une à deux semaines de maintenance pour vérifier l'état de l'enveloppe et des équipements", explique Jean-Philippe Chessel. Et selon les études de marché de TAS, le Stratobus sera trois à quatre fois moins cher en termes de coût de possession par rapport à un drone MALE (Moyenne altitude et longue endurance) ou HALE (haute altitude, longue endurance).

Des verrous technologiques à faire sauter

Pour arriver à développer ce type de dirigeable, Thales devra faire sauter des verrous technologiques. Notamment trouver une solution pour lutter contre les vents en haute altitude. La première génération de dirigeables de TAS sera capable, selon le patron de Stratobus, de lutter contre des vents d'au moins de 90 km/h grâce à une double motorisation électrique. Il devra abandonner la position au-delà. La deuxième génération devrait quant à elle pouvoir lutter contre des vents de 130 km/h, qui sont assez fréquents dans la stratosphère quand on s'éloigne de l'Equateur.

Mais les défis technologiques sont liés essentiellement à la gestion de son énergie pour des missions de longue durée dans un environnement (vent et thermique) sévère. Il faudra que TAS et ses concurrents développent d'une part une pile à combustible réversible qui permettra de stocker l'énergie solaire le jour pour produire de l'électricité la nuit. C'est l'une des missions du CEA-Liten, à Grenoble, de développer cette fameuse pile à combustible réversible ultra-légère pour StratoBus.

Et TAS devra mettre au point d'autre part une enveloppe transparente en fibres de carbone qui permettra de placer une surface réduite de cellules photovoltaïques vers l'intérieur du ballon au lieu d'en couvrir toute l'enveloppe comme dans les projets japonais et américains. C'est l'un des défis de Zodiac Marine, qui depuis 1966 fabrique à Ayguesvives (proche de Toulouse en Haute-Garonne) des ballons sondes pour le CNES. Que ce soit dans les petits ballons sphériques survolant les océans à basse altitude aux ballons BSO de type Z, capables d'atteindre la haute stratosphère, la société a acquis une solide réputation auprès de la communauté scientifique internationale. Mais TAS a déjà déposé un brevet pour un système d'amplification de l'énergie solaire. 

Les atouts des dirigeables stratosphériques

La permanence sur zone est un des enjeux majeurs de certaines missions de surveillance et d'observation. C'est donc l'un des atouts des dirigeables stratosphériques qui peut assurer cette permanence. Le StratoBus, tout comme les projets concurrents, pourront assurer sur une longue période des missions de surveillance de sites, de personnes, de piraterie, de frontières, des pays (comme par exemple au Mali), estime Jean-Philippe Chessel. Pour exemple il suffirait selon lui de trois ballons pour surveiller la frontière entre les Etats-Unis et le Mexique. Sans compter également des missions saisonnières de surveillance des plages, des forêts...

Outre les missions de surveillance et d'observation, le Stratobus peut également remplir des fonctions de relais de télécoms et d'internet. Il permettra de renforcer le réseau GSM au cours d'événements de grande ampleur ou l'amélioration du système GPS sur les zones de trafic intense. Par exemple, le projet Loon de Google vise à développer l'accès à l'Internet dans les zones les plus reculées de la planète. Chaque ballon, de quinze mètres de diamètre, flotte à une vingtaine de kilomètres d'altitude et permet une connexion sur 40 kilomètres autour de lui, avec des débits équivalents à de la 3G, selon Google. Une première expérience a été tentée en Nouvelle-Zélande en juin 2013.

Mais d'une façon générale, le marché classique des satellites n'est pas mort pour autant. Bien au contraire, "le dirigeable stratosphérique, parce que sa portée est régionale, est un parfait complément du satellite", explique Jean-Philippe Chessel.

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a écrit le 05/05/2014 à 11:15 :
Et comment ils vont gérer le problème de l'hélium ?

Un satellite peut durer plusieurs dizaines d'années.... Cela a un coût mais surtout c'est fiable et stable.

L'intérêt d'un système stratosphérique serait surtout militaire pour servir de relais par exemple mais pour le civil ???
Réponse de le 05/05/2014 à 11:41 :
Quel est le problème de l'hélium? Ce gaz n'est pas inflammable contrairement à l'hydrogène auparavant utilisé.
Réponse de le 05/05/2014 à 15:31 :
L'hélium est "rare" sur Terre et ce qui est rare est cher...
Réponse de le 05/05/2014 à 23:25 :
@anonyme

Certes, néanmoins il n'est pas utilisé comme carburant dans un ballon dirigeable donc cela ne représente qu'un coût fixe d'exploitation à amortir sur la durée.
Réponse de le 06/05/2014 à 9:56 :
Renseignez vous sur le marché de hélium depuis le 11 septembre...
Renseignez vous sur les usages de hélium dans la recherche et pour les capteurs militaires.

une bonne émission sur france culture pourra vous donner des pistes.
http://www.franceculture.fr/emission-continent-sciences-l%E2%80%99ordinaire-d%E2%80%99un-physicien-2014-03-24

Pas sur que ce soit une bonne idée d'utiliser un gaz devenu si précieux dans des dirigeables.

Le problème n'est pas d'amortir le coût malheureusement le problème est de poser un raisonnement stratégique à long terme....

Hors si ces engins utilisent de l’hélium alors c'est un problème.
Un problème pour la science...
Un problème pour l'armée...
Un problème pour la santé...
a écrit le 05/05/2014 à 11:12 :
Conclusion, Airbus peut au mieux mettre 5 Kg de charge utile, c'est pas lourd pour du matériel professionnel servant à quelque chose....quant à TAS à part quelques légers verrous technologiques c'est dans la poche, bien sur si le vent veut bien s'abstenir de souffler.....D'ailleurs Airbus a aussi étudié les ballons....Effets d'annonce, question suivante!
a écrit le 05/05/2014 à 10:51 :
Moi j'ai une idée on pourrait envoyer fraise des bois ça reviendrait moins cher

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