Graves : "bon pour le service" dès l'automne

En décembre 2004, durant onze jours, s'est déroulée la première campagne d'essai de fonctionnement du système final Graves (Grand Réseau Adapté à la Veille Spatiale), le système de veille spatiale conçu et développé par les équipes de l'Onera pour le compte de la Délégation Générale pour l'Armement (DGA). Pour Jacques Bouchard, ingénieur de recherche au sein de l'ex Département Prospective et Synthèse (DPRS devenu DCPS), mais surtout concepteur et développeur des logiciels orbitographiques de ce système, il s'agissait de vérifier la capacité de ces outils à établir un catalogue d'éléments orbitaux à partir du traitement des mesures angulaires et de vitesse radiale collectées par le radar. Durant l'été 2005, une seconde campagne, d'une durée plus longue, sera réalisée avant que ce système orbitographique soit livré à l'armée de l'air au cours de l'automne. Retour sur une aventure à laquelle Jacques Bouchard a consacré treize années.

Le site d'émission de Graves, près de Dijon

9000 satellites ou objets dont la taille est supérieure à dix centimètres orbitent autour de la Terre selon le catalogue américain chargé de les répertorier. Cependant, il est probable que des objets en orbite élevée ne peuvent être catalogués même si leur taille excède dix centimètres. Parmi ces 9000 satellites ou objets, nombreux sont ceux qui survolent la France quotidiennement, constituant ainsi une menace potentielle pour la défense du territoire. Les Américains disposent à ce jour d'un véritable système de veille spatial opérationnel. Composé de deux récepteurs très éloignés, la distance qui les sépare étant proche de la longueur du continent américain, ce dispositif dessine une sorte de grand rideau vertical. Dès qu'un satellite franchit ce rideau, il est pris en chasse par un radar de poursuite. Il existe également un système de veille spatiale russe sur lequel cependant peu d'informations sont disponibles. Dans ce contexte, l'Onera a proposé dès le début des années 1990 de concevoir un radar baptisé Graves permettant de surveiller notamment les satellites susceptibles d'observer le territoire français

Le suivi de plus d'un quart des satellites

Détails des antennes de réception

Constitué de deux sous-systèmes autonomes, un radar qui produit des mesures et un calculateur orbitographique qui les transforme en un catalogue d'éléments orbitaux, le système proposé adopte un certain nombre de compromis. Ainsi Graves est basé en France métropolitaine, avec un site d'émission situé dans l'est de la France et un site de réception, au sud-est, sur le Plateau d'Albion, distant de 400 km, ce qui limite sa capacité de détection vis-à-vis d'orbites très peu inclinées sur l'équateur mais néanmoins peu nombreuses. Conçu pour observer jusqu'à 1000 kilomètres, ce radar peut suivre plus d'un quart des satellites dont la majorité de ceux qui sont considérés comme les plus menaçants.

Pour obtenir une efficacité maximale du système de détection, deux contraintes principales ont été définies. D'une part, un délai maximal de détection de 24 heures a été fixé, ce qui signifie que tout satellite doit être vu avec une récurrence de 24 heures. D'autre part, les mesures collectées doivent assurer une capacité de détermination d'orbite dès le premier passage. D'où la solution, proposée par l'Onera, basée sur un radar bistatique à balayage. Sur le site d'émission, des antennes émettent un signal continu à basse fréquence dans un secteur angulaire donné de l'espace. Plus au sud, le site de réception abrite un grand nombre d'antennes omnidirectionnelles. "C'est à partir des signaux élémentaires reçus par celles-ci qu'est reconstitué par calcul un faisceau à lobe étroit", explique Jacques Bouchard. "La direction de ce lobe va fournir une mesure angulaire de l'objet détecté, alors que le décalage de fréquence entre les signaux émis et reçus permet d'obtenir une mesure de sa vitesse radiale."

Le site de réception près d'Apt, vu du ciel

Un système qui garantit l'indépendance de notre surveillance spatiale

Depuis 1992, Jacques Bouchard travaille à plein temps au développement de Graves en tant que spécialiste de mécanique spatiale. Il a commencé, dans le cadre de l'étude de définition de ce projet, par définir la zone que devait scruter le radar pour assurer les objectifs de la mission, c'est-à-dire fournir aux utilisateurs, c'est-à-dire les militaires, un catalogue d'éléments orbitaux régulièrement mis à jour. Ensuite, il a conçu des logiciels de simulation de cet instrument pour vérifier que celui-ci était capable de satisfaire les objectifs. Enfin, Jacques Bouchard a développé les logiciels d'exploitation orbitographique des mesures, un travail qui vient de se terminer par la campagne de test des systèmes orbitographiques en décembre dernier. Cette campagne, il l'a effectuée notamment avec sa femme, Aline Bouchard, également ingénieur de recherche au sein du DCPS, qui a assuré les tests de ces logiciels. "Il s'agissait notamment de vérifier que nous étions capables d'établir un catalogue d'éléments orbitaux à partir du traitement des mesures fournies par le radar." L'objectif de cette campagne était également de vérifier la quantité et la qualité des mesures produites par le radar qui avait subi des modifications profondes par rapport au prototype testé en 2001 (doublement de la puissance d'émission, nouveau calculateur de traitement du signal six fois plus puissant).

Afin d'être compatible avec les catalogues existants, notamment le catalogue américain, le catalogue d'éléments orbitaux français est au format de diffusion dit "two lines". "Les données diffusées par Graves ne concerneront qu'une fraction de ce que le système américain peut observer. Il faut savoir que le catalogue américain répertorie des objets dont l'apogée est proche de la Lune, c'est-à-dire à une distance d'environ 300 000 km", souligne Jacques Bouchard qui précise que le système américain est incroyablement plus riche en capteurs de mesure. Cela dit, avec un capteur unique Graves est capable d'observer presque le quart de la totalité des objets répertoriés par le catalogue américain. "Nous avons sans doute une cohérence de traitement bien supérieure à ce dont disposent les Américains", estime-t-il.

Au cours de cette première campagne, Graves a permis de répertorier quelques satellites qui n'apparaissent pas dans le catalogue d'éléments orbitaux diffusé par les Américains... Par ailleurs, les Américains limitent volontairement la production de ces données à 24 heures alors que la fréquence de rafraîchissement des éléments fournis par Graves est de 12 heures dans 70% des cas. "C'est donc tout l'intérêt de disposer de son propre système de surveillance spatiale et de se garantir ainsi contre un éventuel arrêt de la distribution de ces données", constate Jacques Bouchard.

L'aboutissement de treize années de travail

Dans le courant de l'été sera menée une seconde campagne d'essai visant à tester le système orbitographique de Graves. Une nouvelle fois, Jacques Bouchard et sa femme Aline feront équipe pour exploiter les mesures collectées par le radar, piloté depuis l'Onera. Ensuite, le système orbitographique sera livré aux militaires et connecté au radar via le réseau de l'armée de l'air. Il restera alors à effectuer quelques réglages plus fins du système, et notamment des logiciels, au cours de l'année 2006. "L'activité solaire a une influence, en particulier sur la réfraction ionosphérique et donc sur la qualité des mesures. Par conséquent, il se peut que le système connaisse certaines fluctuations", déclare l'ingénieur de Châtillon. Cela dit, les données fournies par ce système de veille spatiale seront disponibles et utilisables dès l'automne 2005. Pour Jacques Bouchard, ce sera l'aboutissement d'un travail de treize ans, treize années dont une bonne partie durant laquelle il a réalisé du développement logiciel "à haute dose", un travail particulièrement prenant. "C'est assez rare de voir l'aboutissement d'un tel projet", reconnaît-il.