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Sciences · Inventions et découvertes

Le GPS

Le GPS est un système américain de positionnement par satellites. Un récepteur calcule sa position en mesurant le temps de trajet des signaux d’au moins quatre satellites, avec une précision de quelques mètres.

Mis à jour le 3 min de lecture

Le GPS (Global Positioning System) est devenu invisible tant il est omniprésent : navigation routière, smartphones, aviation, agriculture, synchronisation des réseaux électriques et bancaires. Conçu par l’armée américaine, il est gratuit et accessible à tous. D’autres systèmes comparables existent : Galileo (Union européenne), GLONASS (Russie), BeiDou (Chine). On parle globalement de GNSS.

Comment fonctionne le GPS ?

Les trois segments

SegmentComposition
spatialune constellation d’environ 30 satellites en service, à environ 20 200 km d’altitude, sur six plans orbitaux ; chacun fait le tour de la Terre en environ 12 heures
de contrôlestations au sol qui suivent les satellites et corrigent leurs horloges et leurs orbites
utilisateurrécepteurs (téléphone, voiture, bateau), qui ne font que recevoir : le GPS ne permet pas de localiser quelqu’un à distance par lui-même

Le calcul de la position

Chaque satellite émet en permanence un signal radio indiquant sa position et l'heure exacte d’émission, donnée par une horloge atomique embarquée. Le récepteur mesure le temps mis par le signal pour lui parvenir ; multiplié par la vitesse de la lumière, ce temps donne la distance au satellite.

  1. Connaître sa distance à un satellite place le récepteur sur une sphère centrée sur ce satellite.
  2. Avec trois satellites, l’intersection des sphères donne un point (c’est la trilatération).
  3. Un quatrième satellite est nécessaire pour corriger l’horloge du récepteur, beaucoup moins précise que celles des satellites.

Un écart d’un millionième de seconde correspond à environ 300 mètres d’erreur : d’où l’importance des horloges atomiques.

Une histoire en dates

DateÉtape
1957en suivant l’effet Doppler du signal de Spoutnik, des chercheurs américains calculent son orbite, puis l’idée inverse : se localiser à partir d’un satellite
années 1960système Transit de la marine américaine
1973lancement du programme Navstar GPS par le département de la Défense
1978premier satellite GPS opérationnel lancé
1983après la destruction d’un Boeing coréen égaré en territoire soviétique, les États-Unis annoncent l’ouverture du GPS aux civils
1995le système atteint sa pleine capacité opérationnelle
1er mai 2000fin de la « disponibilité sélective », qui dégradait volontairement la précision civile
2016lancement des services initiaux de Galileo
2020BeiDou atteint une couverture mondiale

Quelle précision ?

UsagePrécision typique
smartphone en extérieur dégagéenviron 3 à 5 m
récepteur bifréquence modernede l’ordre du mètre
avec corrections différentielles (aviation, agriculture)quelques décimètres
RTK (géomètres, engins agricoles)quelques centimètres

La précision se dégrade en ville entre les immeubles (signaux réfléchis), sous les arbres, et le signal ne traverse pas les bâtiments ni les tunnels. Le téléphone complète alors avec le Wi-Fi, les antennes-relais et ses capteurs de mouvement.

Galileo, le système européen

Galileo, développé par l’Union européenne et l’Agence spatiale européenne, est le seul GNSS sous contrôle civil. Ses satellites évoluent à environ 23 200 km d’altitude. Il offre une précision comparable ou supérieure au GPS civil et garantit l’autonomie de l’Europe en cas de restriction du système américain. La plupart des smartphones récents combinent GPS, Galileo, GLONASS et BeiDou.

Les vulnérabilités

Les signaux arrivent très affaiblis au sol : ils peuvent être brouillés (rendus inexploitables) ou leurrés (remplacés par de faux signaux). Le brouillage s’est fortement développé près des zones de conflit, notamment autour de la mer Baltique et du Proche-Orient, perturbant l’aviation civile.

Questions fréquentes

Le GPS a-t-il besoin d’Internet ?

Non. Le récepteur capte directement les signaux des satellites. Internet sert seulement à télécharger les cartes et à accélérer la première localisation.

Combien de satellites faut-il pour être localisé ?

Au moins quatre : trois pour déterminer la position et un quatrième pour corriger l’erreur de l’horloge du récepteur. En pratique, un récepteur en voit souvent une dizaine.

Qui contrôle le GPS ?

La force spatiale des États-Unis l’exploite. Le service civil est gratuit et mondial, mais reste sous contrôle militaire américain, ce qui a motivé le développement de Galileo.

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