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Les communications par satellite comblent le fossé numérique entre zones urbaines et régions éloignées

07-06-2021

De :  Conseil national de recherches Canada

Dans l'espace, des réseaux utilisant la lumière changent le paradigme des communications terrestres.

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Celui qui traverse la campagne par nuit claire verra des milliers d'étoiles consteller le firmament avec, peut-être, quelques satellites en prime. Bien que les astres se trouvent à des billions de kilomètres, sinon plus, 400 km à peine nous séparent des satellites, qui sont fabriqués sur Terre. Au-delà de 2 500 satellites artificiels sillonnent le ciel aujourd'hui, et ce nombre pourrait bien passer à 50 000 dans les 10 années qui viennent.

Les satellites affectent déjà tous les aspects de la vie. Ils assurent les liaisons par télécommunication à la vitesse de la lumière jusque dans les coins les plus reculés de la planète. Ils surveillent les systèmes météorologiques pour nous aider à prévoir le temps. Ils relaient les signaux Internet, de télévision et du système mondial de localisation que le gouvernement et chacun de nous utilisent, alors que d'autres, tels le télescope spatial Hubble ou la station spatiale internationale, explorent l'espace d'une manière inédite et passionnante.

À une époque où explose la demande pour des services Internet universels abordables et une largeur de bande illimitée, demande que la pandémie de COVID-19 a accentuée, jamais les satellites n'auront eu autant d'importance. La raison est qu'ils présentent de formidables avantages sur les fibres optiques usuelles, surtout dans les régions rurales et éloignées. Malheureusement, pour atteindre un débit aussi élevé que celui des fibres optiques lors de la transmission des données, les satellites devront recourir aux signaux optiques (lasers) plutôt qu'aux signaux radioélectriques, nettement plus lents. Or, les signaux optiques peuvent être bloqués ou perturbés par la couverture de nuages quand le temps devient orageux, et même par une simple fluctuation normale de la densité de l'air.

« Nos travaux visent en partie à résoudre le problème », explique Sylvain Raymond, sous-directeur de Réseaux sécurisés à haut débit, programme Défi du Conseil national de recherches du Canada (CNRC) dont le principal axe de recherche est l'élaboration de solutions novatrices pour que les Canadiens et Canadiennes vivant dans une région rurale ou éloignée, donc peu peuplée, profitent eux aussi de services semblables à ceux des réseaux de fibres optiques dans les grandes villes, à forte densité de population, à un prix abordable.

« Les communications optiques par satellite pourraient bien être la façon la plus radicale de procurer cette hyper connectivité à l'ensemble de la population », affirme M. Raymond. « Si l'on se servait des faisceaux très étroits, très denses des lasers au lieu de signaux RF, qui se dispersent facilement, les satellites transmettraient plus d'informations, de manière plus sûre, et on ne serait pas obligé de leur réserver une partie du spectre électromagnétique. » La liaison entre les constellations de satellites et le sol par laser constituerait un gigantesque pas en avant pour ce qui est de la largeur de bande et de la couverture, car les réseaux utilisant la lumière véhiculent 10 à 100 fois plus de données, ce qui porterait le débit à la transmission de téraoctets d'informations par seconde.

Maintenant que les entreprises du monde entier déploient par centaines ou milliers des satellites qui communiquent en permanence avec les stations terrestres et aussi entre eux, trouver une solution aux difficultés que connaît l'industrie spatiale canadienne s'est retrouvé au sommet de la liste des priorités.

La collaboration, rampe de lancement des solutions

Le CNRC a vite compris qu'il faudrait du talent et des méninges à tous les niveaux, dans les universités, au gouvernement et dans l'industrie, pour que cette vision satellitaire prenne pied sur terre. Au terme de vastes consultations avec les représentants des secteurs concernés, en novembre 2019, le programme Défi « Réseaux sécurisés à haut débit » a donc conclu une entente de 5 ans avec 16 organisations canadiennes pour former un consortium combinant de manière idéale leadership, expérience et aptitudes.

« Le consortium a engendré un groupe de R-D bien soudé, capable de passer de la recherche pure à la démonstration d'un prototype, puis à l'exploitation commerciale de systèmes spatiaux de télécommunication », explique Ryan Anderson, ex-président du Satellite Canada Innovation Network (SatCan). « Quelques-uns des plus grands chefs de file du pays ont relevé le défi et, avec leur concours, nous bâtirons l'infrastructure qui comblera le fossé numérique entre les zones urbaines et les régions éloignées. »

Les décennies d'expertise que le CNRC a cumulées dans l'application de la photonique aux télécommunications par fibre optique joueront un rôle déterminant dans l'équation, car ces connaissances s'adapteront aisément aux communications optiques des satellites. La photonique, science qui manipule les photons de la lumière dont est fait le faisceau des lasers, pourrait littéralement révolutionner le secteur spatial.

Guillaume Lamontagne, directeur de la technologie (charges utiles) à la division des systèmes satellitaires de MDA, un des grands fournisseurs canadiens de systèmes spatiaux et de satellites depuis plus d'un demi-siècle, nous livre le point de vue de l'industrie. Selon lui, les membres du consortium ne perdront pas de vue les débouchés éventuels des communications optiques par satellite au long du processus laborieux qu'est la recherche-développement. « Au bout du compte, la technologie des satellites doit satisfaire les besoins de la clientèle et se plier aux contraintes de rendement, dit-il. Quand un produit aura été développé, une solide chaîne d'approvisionnement composée de centaines d'entreprises concourra à sa fabrication, au Canada comme à l'étranger. »

D'après M. Raymond, les communications optiques par satellite pourraient devenir le rouage principal d'une société nouvelle dans laquelle chacun bénéficiera de la même connectivité.

« Le consortium étudie l'écosystème des communications optiques par satellite dans sa totalité, à la recherche de lacunes, mais aussi de grandes possibilités qui attendent les entreprises canadiennes afin que celles-ci puissent maîtriser sans tarder les technologies adéquates », termine-t-il. Ceci fera du Canada un véritable chef de file mondial dans la galaxie des communications par satellite.

Le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) est un acteur incontournable de l'écosystème de l'innovation au Canada. Il crée des synergies entre les chercheurs, les entreprises et les universités pour favoriser les percées dans des domaines d'intérêt public. Les  programmes Défi font partie d'une série  d'initiatives de R-D collaborative qui rassemblent les chercheurs et les installations des  14 centres de recherche du CNRC avec des partenaires universitaires et industriels. Des subventions et contributions sont accordées par le Bureau national des programmes du CNRC aux collaborateurs qui offrent une expertise complémentaire, notamment les établissements universitaires et les petites et moyennes entreprises.