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Industrie

DE FUTURES ALTERNATIVES AU GPS

NAVIGATION LA DARPA A ÉTUDIÉ PLUSIEURS TECHNOLOGIES ALTERNATIVES DE NAVIGATION, PERMETTANT DE S'AFFRANCHIR DU GPS, NOTAMMENT DANS LES ZONES NON COUVERTES PAR CE DERNIER.

Si le GPS a constitué un bond de géant en matière de technologie de navigation, le système n'en est pas moins perfectible. Bien qu'il soit utilisé par quantité d'applications autant civiles que militaires, sa conception a fait appel à un certain nombre de choix dont l'emploi de signaux qui peuvent être assez facilement brouillés ou dégradés, voire falsifiés. Ce qui n'est pas sans poser un problème majeur pour les militaires, qui peuvent être amenés à opérer dans une ou plusieurs zones présentant un danger de brouillage élevé par les forces ennemies qu'ils combattent. D'autre part, le GPS n'offre pas une couverture complète de la planète. Certaines régions ne sont pas couvertes. Aux Etats-Unis, dans le but de surmonter ces limitations,la Darpa (Defense Advanced Research Agency) travaille sur de nouvelles technologies, au travers de différents programmes, qui explorent les possibilités offertes par les découvertes effectuées dans le domaine de la physique, l'utilisation de nouveaux systèmes, l'incorporation de nouveaux algorithmes.

Parmi ceux-ci figure notamment le programme ANS, acronyme d'Adaptable Navigation System, dont le but est d'explorer les nouvelles possibilités offertes par les nouveaux systèmes de navigation inertiels, qui pourraient fournir une mesure du temps et de la position géographique de manière extrêmement précise sans avoir recours à une source extérieure de données. De ce programme ne restent que deux segments qui font encore l'objet de recherches, dont le premier est le Pins, acronyme de Precision Inertial Navigation Systems (« système de navigation inertielle de précision ») qui a débouché sur l'IMU (Inertial Measurement Unit, « unité de mesure inertielle ») qui utilise la technologie d'interférométrie atomique pour la navigation de grande précision sans aucune dépendance aux points fixes externes pour de longues périodes de temps.L'interférométrie atomique utilise le caractère ondulatoire de la matière, la mesure et la rotation d'un nuage d'atomes au sein d'un capteur, avec une précision potentiellement largement supérieure à celle des systèmes inertiels classiques.

LE RETOUR DE L'HORLOGE. PINS n'est pas la seule étude essayant de se passer de toute source de données, de référent extérieur. C'est également le cas de Stoic (SpatialTemporal and Orientation Information in Contested environments), qui est capable de fonctionner dans des zones non couvertes par le système de géolocalisation par satellite. Stoic se décompose en trois sous-éléments, dont le premier réside autour du développement de signaux résistants au brouillage, avec une attention particulière accordée dans la partie très basse fréquence du spectre. L'objectif est de développer un réseau alternatif de signaux de référence utilisant des émetteurs à très basse fréquence qui pourraient être utilisés comme système se substituant totalement au GPS. Le deuxième sous-élément repose sur l'emploi de nouvelles technologies en matière d'horlogerie optique et vise également au développement de mouvements capables d'un écart moyen inférieur à moins d'une nanoseconde par mois. Dans ce domaine particulier, Stoic repose largement sur les précédents travaux de la Darpa effectués dans le cadre du programme Quasar (Quantum Assisted Sensing And Readout). Quasar a permis entre autres de développer des horloges atomiques employant un métal du groupe des terres rares, l'ytterbium, qui ont une précision dix fois supérieure à celle des précédentes horloges elles-mêmes développées dans le cadre du même programme. « Ces horloges mesurent le temps de manière si précise qu'à titre de comparaison, c'est comme si l'on mesurait le diamètre de laTerre à une épaisseur d'atome près ou l'âge de l'univers à une seconde près »,commente-t-on à la Darpa.

Un peu comme le tic-tac d'une montre qui égrène les secondes, les horloges à ytterbium mesurent la fréquence de lumière absorbée par les atomes, tandis que les électrons passent de l'état stable à l'état excité. Ce type d'horloge a un fonctionnement qui repose sur environ 10 000 atomes d'ytterbium refroidis à dix millions de degrés en dessous du zéro absolu et pris au piège dans un entrecroisement de faisceaux laser. Un autre faisceau laser fournit l'énergie nécessaire aux atomes entre deux niveaux d'énergie à une cadence de 518 trillions par seconde.

« Les horloges Quasar offrent des performances qui sont 10000 fois supérieures aux horloges atomiques actuelles utilisées pour les satellites GPS. Cette stabilité "extrême" permettrait d'empêcher les tentatives de brouillage, de contrefaçon des signaux », souligne-t-on à la Darpa.Mais la précision de ces horloges excède les capacités du département américain de la Défense à transférer le temps parmi différents équipements à des fins de synchronisation. Il n'est pas encore possible d'intégrer des horloges atomiques dans tout équipement qui pourrait bénéficier d'un chronométrage très précis du temps. Ce qui explique que le troisième sous-élément repose justement sur le développement de l'utilisation de systèmes déjà existants sur des plateformes permettant le transfert du temps précis sur des systèmes de liaison de données tactiques tels que Liaison 16 ou encore TTNT (Tactical Targeting Network Technology). L'objectif est in fine de démontrer que les trois sous-systèmes, intégrés les uns avec les autres, peuvent servir d'alternative viable au GPS, lorsque ce dernier ne fonctionne plus ou est indisponible. Stoic a conclu la phase un du programme,qui comprenait l'analyse, la conception, la simulation et les études de validation. La phase deux comprend la conception détaillée et le développement de prototypes.

Si l'on excepte les efforts de miniaturisation effectués qui ne devraient pas tarder à déboucher sur une application concrète, l'un des autres programmes qui figure parmi les plus intéressants au sein de la Darpa est celui du MRIG, ou Microscale Rate Integrated Gyroscope. Le but est de produire des gyroscopes micro-usinés qui mesurent directement l'angle de rotation plutôt que la vitesse de rotation. Le MRIG, à la différence de la plupart des gyroscopes ou l'angle de rotation est mesuré, offre des avantages énormes, car il n'est pas tributaire des limitations liées à l'intégration d'un capteur de rotation. Côté inconvénient, s'agissant de structures hémisphériques de certaines dimensions, polies à la main et difficiles à fabriquer, l'enjeu a été avant tout de produire ces résonateurs en série. C'est ce qu'ont réussi les chercheurs de l'université du Michigan, avec des hémisphères de 2 mm de diamètre.

CAPTEURS MINIATURES.Le programme C-Scan (Chip-Scale Combinational Atomic Navigator) vise de son côté au développement de capteurs inertiels atomiques miniatures. Les capteurs atomiques ont démontré une précision phénoménale et une stabilité à long terme, mais leur application est actuellement limitée pour des raisons de volume et/ou de dimensions. Le programme veut donc miniaturiser cet équipement, réduire les dimensions par le biais de deux approches : la résonance magnétique nucléaire (RMN) et l'interférométrie atomique (IA). Les capteurs IA sont nettement plus complexes, mais sont sensibles aux accélérations et rotations. Si la démonstration d'emploi de gyroscopes équipés de capteurs IA et RMN a déjà été réalisée avec succès, les systèmes IA pour ne parler que d'eux nécessitent pour le moment des équipements de laboratoire - lasers notamment.Afin de contourner ces limitations, les microsystèmes faisant appel aux atomes froids ou encore à des solutions photoniques sont en cours de développement.

Quoi qu'il en soit, il ne fait aucun doute que les militaires américains considèrent la grande dépendance des technologies reposant sur le GPS comme une source de vulnérabilité critique. Et la Darpa de souligner que jusqu'à la décennie 1980, de nombreux travaux de recherche étaient effectués sur les moyens de navigation alternatifs et la navigation inertielle. Mais le succès du GPS a joué en défaveur de ces systèmes, le retard cumulé est désormais de quelque vingt ans… Aux Etats-Unis.

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