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Géolocalisation : que nous réserve encore le GPS ?

En moins d’une décennie, le célèbre système de navigation par satellite a bouleversé notre sens de l’orientation. Et ce n’est sans doute qu’un début : les applications du GPS ne semblent pas connaître de limites. Reste à se méfier des menaces qu'il peut faire peser sur notre liberté.

Constellation GalileoGalileo est le futur système de positionnement par satellites européen, strictement civil, qui sera lancé en 2013. Il sera composé de 30 satellites, répartis en 3 orbites circulaires à une altitude de 24 000 km, et soutenus par un réseau mondial de stations terrestres.
© J.Huart / ESA

À n’en pas douter, le récepteur GPS sera l’un des cadeaux phare de ce Noël 2007. En quelques années, il est devenu le compagnon idéal des automobilistes, plaisanciers et autres randonneurs. Drôle de reconversion ! Et dire, qu’à l’origine, ce petit boîtier était conçu pour répondre aux besoins de la Guerre Froide…

Dans les années cinquante, en effet, les stratèges américains étaient habités par une obsession : pouvoir frapper de leurs missiles la lointaine URSS. Mais voilà : pour viser juste, encore fallait-il connaître les coordonnées précises du départ de l’ogive - c’est-à-dire celles du sous-marin lanceur en patrouille. L’invention de la localisation par satellite répond à cette nécessité ! Dès 1964, les États-Unis vont disposer d’une constellation de six satellites, baptisée Transit.

Lancé en 1973 par le Pentagone, le projet GPS (Global Positioning System/système de positionnement global) se veut plus précis et complet. Son principe ? Une flotte de 24 satellites envoie en permanence un signal vers la Terre. Très schématiquement, ce signal contient l’heure exacte de son émission, délivrée par les horloges atomiques du bord. Sachant que ces ondes se déplacent à la vitesse de la lumière, un capteur au sol peut en déduire la distance qui le sépare du satellite. Pour connaître sa position, il suffit d’analyser les transmissions de 4 satellites à la fois. L’armée américaine dispose là d’un bel avantage sur les autres nations…

Certes, dès le milieu des années quatre-vingts, les civils ont accès au système. Mais les récepteurs pèsent alors 25 kg et l’usage en est limité : les militaires ont en effet introduit un décalage dans le signal civil qui limite sa précision à 100 m au lieu de 10, pour en limiter l'usage par leurs adversaires. Il faudra patienter jusqu’en mai 2000 pour que Bill Clinton décide de mettre fin à cette dégradation volontaire (mais la fonction permettant de "brider" le signal peut, à tout moment, être réactivée). Dès lors, la popularité du GPS va s’accélérer (chapitre 1). Si bien qu’aujourd’hui, 95 % des récepteurs vendus sont destinés à des usages civils. La géolocalisation représentait, en 2006, un marché de 40 milliards de dollars, dans un secteur en croissance de 25 % par an…

Satellite GalileoLe système Galileo est destiné à supprimer la dépendance de l'Europe vis-à-vis du système américain GPS. Il fournira des services de localisation précis, sécurisés, et à l'échelle du globe.
© J.Huart / ESA
Face à ces perspectives juteuses, et soucieuses de s’affranchir du Pentagone, les autres grandes puissances forment l’espoir de construire leur propre GPS. Les Russes tentent de reformer leur système Glonass, constituée de 24 satellites positionnés sur 3 orbites circulaires. Les Chinois sont en train de lancer Compass. Les Européens préparent galileo mais, empêtré dans les rivalités franco-allemandes, ce système ne sera opérationnel, au mieux, qu’en 2014…

Une chose est sûre, cependant : dans un avenir proche, de nombreux citoyens n’admettront plus de ne pas savoir exactement où ils se trouvent. D’ailleurs, galileo est d’usage civil uniquement et la prochaine génération de satellites GPS, prévue pour 2013, ne comportera plus la fonction qui permettait à l’US Army (armée américaine) de brider le signal. Autre amélioration à venir : le GPS qui fonctionnerait non seulement à l'extérieur mais également en "intérieur" (dans les bâtiments, les tunnels, les rues étroites). De nombreuses équipes se penchent sur cette évolution, dont celle du groupe Navigation de TELECOM & Management SudParis (ex INT), à Evry, auquel appartient le chercheur Nel Samama (chapitre 2). Qu’on se le dise, la géolocalisation sera omniprésente, comme nous l'explique dans ce dossier Nel Samama Peut-être un peu trop présente même, au risque d'enfreindre notre liberté… (voir chapitre 3).

01.Bientôt un GPS d'intérieur ?

A-GPS de NokiaLes utilisateurs d'appareils mobiles équipés du système A-GPS (Assisted GPS / GPS assisté) peuvent repérer plus rapidement leur chemin. Cette technologie fournit des données de localisation précise (de l'ordre de 3 à 5 m) et fonctionne dans les lieux mal couverts par le GPS (bâtiment, tunnels…).
© Nokia
Les dizaines de millions d’utilisateurs du GPS ont un problème : dès qu’ils pénètrent dans un tunnel, un parking, un immeuble, ou qu’ils s’engouffrent dans une rue étroite, leur récepteur ne leur est plus d’aucune utilité. Explication de Nel Samama, chercheur du groupe Navigation à l’INT d’Evry : "Le signal émis par les satellites est de très faible puissance (environ 40 watts, soit autant qu’une ampoule). Il suffit alors d’une couche de béton, de métal ou d’une paroi en verre athermique pour l’atténuer presque totalement."

Bref, le GPS n’offre aucune continuité de service. Un comble si l’on considère qu’un individu passe en moyenne 70 % de son temps dans des milieux difficiles d’accès pour ses signaux. Mais aussi, que de très nombreuses entreprises utilisent le GPS pour suivre à la trace les colis qu'elles déplacent d'un endroit à un autre, colis très souvent à l’abri ou stockés dans des hangars. C'est ainsi, par exemple, que les fabricants de surgelés peuvent garantir à leur client que la chaîne du froid a bien été respectée lors du transport de telle marchandise... "Et l’augmentation de puissance promise sur les prochains satellites GPS ne changera pas grand-chose" déplore le chercheur

D’où l’idée envisagée à l’INT d’Evry d’amplifier le signal, au sol. "Notre dispositif consiste à capter le signal avec un récepteur GPS classique fixé sur le toit, détaille Nel Samama. Ce signal est ensuite traité et répercuté par un réseau de répéteurs (matériel basique et bon marché ; il s'agit des émetteurs secondaires, qui traitent le signal puis le ré-émettent) - disposés dans le bâtiment. La puce GPS du téléphone portable de l’utilisateur saura, par triangulation, où il se trouve dans le bâtiment, à 1 ou 2 m près, comme s’il était à l’extérieur." Les tests conduits dans les locaux de l’INT se sont avérés concluants et l’équipe a pris contact avec des usagers potentiels comme des hôpitaux, des gares, des musées… Au sein du groupe Navigation, trois chercheurs permanents, deux thésards et un stagiaire, tous chercheurs en télécom, participent à ces travaux. Leur objectif : concevoir des systèmes de positionnement en intérieur permettant de fournir un complément aux systèmes de navigation par satellites (GNSS), très peu efficaces dans cet environnement. Leurs thématiques : le positionnement en intérieur en utilisant soit des signaux GNSS, soit des signaux de réseaux locaux radio (WiFi par exemple). Pour cela, leur laboratoire travaille en partenariat avec des industriels comme Thales Alenia Space (le numéro 1 européen des satellites), Logica CMG (services informatiques), NordNav (spécialisée dans les GPS), etc. "Nous participons à quelques gros projets européens dans le domaine, mais sur ces aspects répéteurs nous sommes surtout financés par le Centre national d'études spatiales, car le CNES est intéressé par la promotion des signaux satellites", explique Nel Samama. On imagine assez bien les perspectives offertes par la localisation intérieure : gestion du matériel médical d’un grand hôpital, recherche de places de parking, orientation dans une gare, localisation d’appels d’urgence…

Architecture d'un système de positionnement GPS en intérieurLe cube représente un bâtiment. Au-dessus, une antenne GPS. Le signal est retransmis et amplifié sur chacun des répéteurs (1,2 et 3) successivement. Le récepteur (personne qui souhaite connaître sa position exacte) dispose d'une antenne (le fil noir). Après un calcul de triangulation, il est possible de connaître sa position.
© INT d'Evry
L
a navigation en intérieur représente un tel enjeu commercial que chacun cherche à mettre au point sa solution. Les responsables de Galileo n’oublient jamais de rappeler que la structure de leur signal permettra de mieux pénétrer dans les bâtiments. En attendant, les opérateurs téléphoniques, comme Orange, proposent d’utiliser le récepteur GPS installé sur leur relais pour aider votre portable à trouver les bons satellites et à traiter le très faible signal qu’il reçoit. Ce qui permettrait, par exemple, de recevoir directement sur son portable une publicité localisée vous informant du film qui passe au cinéma à côté duquel vous vous trouvez, ou des offres d'emploi liées aux entreprises et commerces du quartier. C’est ce que l’on appelle l’A-GPS. L'entreprise californienne Rosum essaie, elle, d’exploiter les faisceaux hertziens de la télévision, qui, eux, peuvent être captés à l’intérieur des habitations. Couplés aux coordonnées GPS des émetteurs TV, ils permettraient de situer une position à 30 m près…

"Pour notre part, nous travaillons aussi sur l’exploitation des réseaux Wifi existants, poursuit Nel Samama. En effet, le niveau de puissance que l’on reçoit donne une idée de la distance à laquelle se trouve la borne Wifi - dont la position sera connue par GPS. Mais ne rêvons pas : la navigation d’intérieur de grande précision en 3D - c’est important si on veut savoir à quel étage on se trouve - nécessitera sans doute d’installer des infrastructures spécifiques !" Peut-être même jusque dans les rues des centres-villes, où les immeubles barrent le passage des signaux voire, pire, les réfléchissent et renvoient donc de fausses informations ! Eh oui, sorti du guidage de mobiles (missiles, voitures) en terrain dégagé, le GPS peine encore à s’adapter à ses nouveaux usages urbains…

02.Géolocalisation : gare aux dérapages !

Le traceur personnel KiditelLe Kiditel est un petit téléphone équipé d'un GPS. Ce traceur personnel permet de connaître la position géographique de son enfant et de l'appeler en cas de problème. Deux boutons peuvent être programmés et associés à deux numéros de téléphone.
© CarTelematics
Cela ne va pas manquer : d’ici cinq ans, nos téléphones portables seront presque systématiquement équipés d’une puce GPS. Comme c’est déjà le cas au Japon et aux États-Unis. Cette évolution est très utile quand on fait du tourisme ou en cas d’appel d’urgence. Mais voilà : c'est extrêmement efficace aussi pour tracer un individu !

Si l'on souhaite connaître la localisation d’un tiers, il suffit, en effet, d’interroger cette puce GPS via le réseau de téléphonie mobile. Simple comme un coup de fil ! Si bien que de nombreuses entreprises se sont engouffrées dans la brèche, en proposant de pister vos enfants 24h/24. Et les risques d’enlèvement encourus par les bambins ne sont visiblement pas la seule justification… L’entreprise américaine Sprint Nextel propose ainsi aux parents d’indiquer sur une carte numérique leurs zones d’intérêts. Dès que le "mouchard" GPS franchit ces "géobarrières", les parents sont prévenus par SMS ou email. Pratique pour vérifier si l’aînée est bien allée à la bibliothèque comme prévu, ou si elle est entrée dans une zone qui lui est interdite - le domicile du petit copain, par exemple.

Le phénomène ne touche pas que le Japon ou les États-Unis. En France, certains parents glissent déjà dans le sac à dos de leur progéniture un boîtier GPS/GSM, comme le Kiditel. Ce n’est qu’un début. La Commission nationale de l’informatique et des libertés (CNIL) croule sous les projets de "géocontrôle parental" ! Tous ne seront pas retenus : "Les prestataires doivent respecter la directive européenne du 12 juillet 2002 sur la vie privée et les communications électroniques, souligne Vanessa Younes-Fellous, juriste à la CNIL. En clair, l’adolescent doit donner son accord, il doit pouvoir être averti par SMS à chaque requête de ses parents, et peut à tout moment mettre fin à son suivi." Cela sera-t-il suffisant pour éviter l’écueil de la surveillance abusive ? Et le GPS ne risque-t-il pas de faire grandir ces enfants dans un environnement où la vie privée n’a plus aucune valeur, comme le dénonce l’ONG Privacy International, qui milite contre l’espionnage électronique…

Inutile de dire que ces réprobations ne freinent nullement les industriels de la géolocalisation ! Qui n’hésitent plus à s’attaquer à un des symboles forts de l’autonomie. En effet, aux États-Unis, plusieurs services (comme "Teen arrive alive"/l'adolescent arrive vivant) proposent de placer, d’autorité, leur mini-boîtier GPS dans l’habitacle de la première voiture du fiston. Le suivi satellite de véhicule est aujourd’hui un grand classique, partout dans le monde. "Encore faut-il que l’usage en soit proportionné : on a le droit d’utiliser le GPS pour gérer une flotte d’entreprise (taxis, camions de dépannage, bétonnières…), en en informant les salariés, mais pas d’espionner quelqu’un à son insu ou de relever ses infractions, relève Vanessa Younes-Fellous. Tout manquement à la loi informatique et liberté est passible, en France, de 300 000 euros d’amende et de cinq ans de prison." Sans ces garde-fous, les parents américains ne se privent pas d'ores et déjà d’examiner la conduite de leur couvée.

L’idée fait, d’ailleurs, florès dans l’assurance auto. Notamment sur des produits destinés aux jeunes titulaires du permis (payant la surprime) ou aux conducteurs occasionnels. On comprend pourquoi : suivant leur vitesse, la durée de leurs déplacements et les horaires (le samedi soir étant plus accidentogène) livrés par le GPS, les assurés les plus raisonnables peuvent espérer d’importants rabais. Le procédé, baptisé "pay as you drive" (payez pour la façon dont vous conduisez), remporte déjà un franc succès en Grande-Bretagne et en Italie. En France, la mutuelle d'assurance MAAF s’est vue refusé par la CNIL un projet similaire, en 2005. Ce qui n’empêche pas les assureurs français, comme AXA, de continuer à préparer le terrain.

Si l’on n’y prend garde, la géolocalisation (disponible, à terme, en intérieur comme en extérieur) pourrait bien bouleverser le concept de vie privée. Il suffit d’écouter les publicitaires rêver, à voix haute, d’envoyer sur nos mobiles la réclame adaptée à notre localisation, à quelques pas d’un McDonald, au rayon frais d’un hypermarché… ! Un rêve, vraiment ?

03.Un signal d'utilité publique

Constellation GPSLe GPS, opérationnel depuis 1980, a d'abord été développé par l'armée américaine comme système de repérage à couverture mondiale. Il possède 24 satellites, positionnés sur 6 orbites circulaires à une altitude de 20200 km, et d'une durée de vie moyenne de 8,5 années.
© Leo Cronin illustration / Boeing
Se situer sans problème, accéder facilement à un endroit inconnu, gagner du temps dans ses déplacements : le triptyque de la géolocalisation a trouvé un écho particulier dans ce monde pressé. Songez qu’en 2006 les Français ont acheté 1,23 million de récepteurs GPS autonomes (source GfK, société d'études et de conseil marketing) ! Un engouement qui laisse entrevoir bien des évolutions. Ainsi, nos bonnes vieilles cartes cèdent peu à peu la place à des interfaces numériques, régulièrement mises à jour. Bientôt, les bâtiments y seront modélisés en 3D afin de mieux représenter la réalité : impossible de se perdre ! "Les développements à venir autour du GPS nous rendront encore plus efficaces : ils permettront de prévoir finement l’état du trafic sur notre trajet ; ou quel est le moyen le plus performant, compte tenu de la circulation à un instant T, pour aller d'un endroit à un autre : métro ? bus ? taxi ?", prédit Nel Samama, chercheur du groupe Navigation à l’INT d’Evry.

En attendant, le GPS a déjà pris une place de choix dans nos sociétés. Il est devenu synonyme de productivité : l’agriculture céréalière l'utilise, couplé à des logiciels de gestion des engrais, pour repérer sur un champ les zones à traiter ; le transport express international ne se conçoit plus sans lui. Il est un gage de sécurité en permettant de localiser un appel d’urgence. En version professionnelle, le GPS est aussi une garantie de précision dans la délimitation des propriétés, la construction de ponts ou la détection de mouvements précurseurs d’une éruption volcanique… Plus surprenant, son rôle de chef d’orchestre mondial. Eh oui ! Les horloges atomiques*, contenues dans chacun des satellites de la constellation, sont synchronisées entre elles et distribuent partout la même heure, à 10 nano secondes près. Une aubaine pour la coordination des grands réseaux. Résultat : Internet, la Bourse, la téléphonie mobile et même la distribution d’électricité sont calés sur le "temps GPS" !

Il est pourtant des activités où le GPS peine encore à convaincre, surtout quand la vie humaine est en jeu. Car, même en admettant que le Pentagone ne trafiquera plus le signal, celui-ci n’offre pas toutes les garanties… D’abord, sa vitesse de propagation (donc la précision de la localisation) dépend des caprices de l’ionosphère, pas simples à modéliser. Il arrive même qu’une éruption solaire y induise de tels bouleversements que les signaux ne passent plus sur toute une partie du globe ! Ce fut le cas les 5 et 6 décembre 2006 lorsqu'une tempête solaire a perturbé l'ensemble des satellites se trouvant dans la partie éclairée de la Terre. Le panache qui en a résulté a interrompu toute transmission du signal GPS. Ensuite, le signal civil du GPS s’avère très facile à pirater localement. Et pour ne rien arranger, il arrive qu’un satellite "disjoncte" et envoie des signaux erronés pendant plusieurs heures avant d’être éteint ou remis à niveau…

Comparatif navigation aérienne radar et satelliteLe système américain Nextgen, dont la mise en œuvre est prévue pour 2025, illustre un des intérêts du GPS : optimisation du tracé des routes aériennes et du nombre d'avions pouvant partager le ciel en toute sécurité. Actuellement, les centres de contrôle d'aérodrome (ATCT) guident les avions au décollage et à l'atterrissage ; les centres de contrôle d'approche (TRACON) ordonnent le trafic dans les couloirs d’approche et de départ (jusqu'à 80 km) ; les centres de contrôle aérien en route (ARTCC) surveillent le trafic sur les voies aériennes.
© CG91/DR

Certes, les responsables du GPS (et de galileo) promettent que, d’ici quelques années, ils pourront livrer à leurs clients le degré de fiabilité du signal en temps réel. En attendant, pour les activités à risques, les États-Unis, l’Europe, et maintenant l’Inde et le Japon ont dû mettre sur pied leurs propres infrastructures de vérification. Depuis 2005, le vieux continent dispose d’une trentaine de stations de mesure chargées de détecter les dysfonctionnements du GPS. Leurs estimations de confiance sont relayées par trois satellites géostationnaires puis redirigées, par exemple, vers un pilote de ligne. Le tout en l’espace de six secondes. Fin du fin, le message est aussi porteur de corrections amenant la précision à 2 m (au lieu de 10) dans les trois dimensions.

Actuellement en phase de certification pour l’aviation civile, ces dispositifs promettent de révolutionner le transport aérien. Jugez plutôt. L’atterrissage avec un signal GPS validé (en test chez Alaska Air) peut se faire même en plein brouillard. Finis les retards liés aux conditions de visibilité. Quasi instantané et dix fois plus précis que le radar, il devrait aussi donner l’occasion de réduire les intervalles de sécurité et, donc d’augmenter le débit du trafic aérien. Mieux, la navigation "tout satellite" permet de s'épargner les grands détours à l'aplomb des stations radars du contrôle aérien. Ce n’est pas rien : en traçant une route directe, un vol Boston-Washington, par exemple, consommerait 30 % de kérosène en moins par rapport à sa consommation actuelle. Pour relier ces deux destinations, les avions doivent en effet actuellement suivre un arc de cercle afin de passer devant les radars… Et bien d’autres domaines pourront profiter d’un signal GPS plus "intègre" (c'est-à-dire d'un meilleur degré de fiabilité), comme le guidage des non-voyants voire, un jour, celui des voitures sans chauffeur…


* Pour comprendre comment fonctionne une horloge atomique, découvrez le reportage vidéo Au quatrième top, il sera docteur, réalisé par Friedemann Reinhard et Clément Lacroûte (prix du Jury au festival Les chercheurs font leur cinéma).

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