Vous êtes totalement perdu, sans la moindre idée de votre position. Dans une ville inconnue, vous cherchez ce café tant désiré. Que faire ? Heureusement, nous vivons au XXIe siècle : il suffit de sortir son téléphone, d’ouvrir une application, et en quelques clics, vous trouvez exactement votre destination. Vous commandez un trajet en VTC qui vous conduit au bon endroit. À votre arrivée, vous immortalisez votre latte et votre gâteau à la carotte, puis partagez ce moment sur les réseaux sociaux avec la localisation de l’établissement.
Le système de positionnement global, ou GPS, est désormais un service ancré dans notre quotidien, bien plus qu’un simple outil pour se guider vers un repas. Mais la technologie GPS, utilisée depuis des décennies, repose sur une histoire complexe mêlant science, compétition spatiale et innovations majeures. Récemment, des pays tels que la Russie et la Chine ont développé leurs propres systèmes globaux de navigation satellitaire (GNSS), plaçant les États-Unis dans une position de vulnérabilité, notamment car nous dépendons du GPS pour un large éventail d’activités, de la commande de repas aux opérations bancaires. À mesure que cet outil s’intègre davantage à notre vie, toute modification de ses fonctionnalités pourrait avoir d’importantes répercussions sur notre sécurité à l’avenir. Découvrons ensemble les origines du GPS, son fonctionnement précis et les transformations qui l’attendent.
Le GPS trouve son origine dans la compétition spatiale
Les prémices du GPS remontent à l’époque de la course à l’espace opposant alors les États-Unis à l’Union soviétique. En septembre 1957, les scientifiques des deux nations présentent leurs programmes satellitaires lors d’une conférence à Washington, D.C. Ils évoquent notamment des satellites transmettant des signaux radio permettant de suivre leur trajectoire et de confirmer les lancements réussis. Les chercheurs américains tentent d’obtenir des informations précises sur l’avancée soviétique, mais ne reçoivent que la simple indication qu’un satellite sera bientôt lancé.
Le 4 octobre 1957, l’Union soviétique lance le premier satellite artificiel, Sputnik I, remportant ainsi une victoire symbolique majeure. Cette annonce secoue les États-Unis, qui craignent de perdre une partie de leur domination mondiale post-Seconde Guerre mondiale. Pourtant, cette avancée russe crée aussi une opportunité spécifique que l’armée américaine ne tarde pas à exploiter. Le 7 octobre 1957, la presse américaine rapporte que les scientifiques soviétiques utilisent l’effet Doppler pour suivre l’orbite de Sputnik.
Comprendre le fonctionnement du GPS
L’effet Doppler, nommé d’après Christian Doppler, physicien autrichien, décrit comment la fréquence perçue d’une onde (qu’elle soit sonore, lumineuse ou radio) varie selon le mouvement relatif entre la source et l’observateur. Par exemple, c’est ce qui fait que le son d’une sirène de police change de tonalité lorsqu’un véhicule passe à toute vitesse. Pour un satellite, la fréquence des ondes radio diminue grandement lorsqu’il est à la verticale d’un récepteur au sol, indiquant sa position en orbite.
Des chercheurs de l’université Johns Hopkins ont envisagé d’utiliser ce phénomène en sens inverse : pourrait-on déterminer la position d’un objet à la surface de la Terre grâce aux données Doppler des satellites en orbite ? La réponse est affirmative et c’est ainsi que le système GPS a vu le jour.
Une constellation de plus de 30 satellites communique sans cesse avec des stations au sol et des récepteurs, tels que votre smartphone, pour définir précisément latitude, longitude, altitude et heure. Quatre satellites au minimum doivent être en contact pour localiser correctement votre position terrestre.
Le temps s’écoule plus vite pour les satellites GPS
Tous connaissent Albert Einstein comme ce génie excentrique aux cheveux décoiffés et à la célèbre formule E=mc². Pourtant, peu comprennent le lien entre cette équation et notre quotidien. Si cette théorie semble plutôt s’appliquer aux phénomènes astronomiques tels que les trous noirs ou le Big Bang, elle est également cruciale pour le fonctionnement du GPS.
En effet, le temps s’écoule différemment pour les satellites, notamment parce qu’ils se déplacent à grande vitesse, ce qui ralentit leur horloge d’environ sept microsecondes par jour. En contrepartie, la gravité y est quatre fois plus faible qu’au niveau de la Terre, accélérant légèrement le temps de 45 microsecondes quotidiennes. Ces différences, corrélées grâce à la théorie de la relativité générale d’Einstein, sont essentielles car sans correction, les erreurs de navigation s’accumuleraient rapidement.
Une technologie militaire devenue omniprésente, mais bientôt concurrencée
Le GPS, développé par le département de la Défense des États-Unis dans les années 1970, a vu son premier satellite lancé en 1978 et est devenu pleinement opérationnel en 1993. Depuis, ce système est la propriété exclusive du gouvernement américain et, bien que désormais utilisé pour d’innombrables applications civiles, il reste sous contrôle militaire, plus précisément celui de la force spatiale américaine.
Cependant, la suprématie américaine dans ce domaine est remise en cause. Plusieurs nations ont créé leurs propres systèmes globaux de navigation satellitaire (GNSS) couvrant désormais la planète de manière autonome. L’Union européenne dispose de Galileo, le Japon du QZSS, l’Inde du NAVIC. Les systèmes russes (GLONASS) et chinois (BeiDou) sont les plus avancés après les États-Unis. GLONASS, initié en 1993 avec 12 satellites, compte aujourd’hui 27 satellites assurant une couverture globale comparable au GPS américain.
La Chine a notamment fait sensation avec BeiDou, qui représente une menace stratégique croissante. Fin 2020, elle a achevé le déploiement de 30 satellites formant un réseau indépendant et complet, garantissant au pays une capacité de navigation autonome en cas de conflit armé, une possibilité qui n’existait pas auparavant.
Ces avancées représentent un tournant dans les équilibres géopolitiques et technologiques mondiaux, illustrant l’importance croissante du GPS et de ses équivalents dans notre société. Ces systèmes couvrent désormais bien plus que la navigation, s’étendant à la sécurité, aux infrastructures et à la surveillance globale, réaffirmant ainsi leur rôle central dans le futur scientifique et culturel de notre planète.