Très haut débit : fiabiliser les communications laser spatiales

Objectif du programme

La finalité de ce programme de 18 mois est d’améliorer les solutions de communications laser avec des satellites par l’étude d’un module innovant de compensation de la turbulence atmosphérique. Pour y parvenir, les deux organismes, avec le soutien du CNES, mettront en commun leur expertise dans les domaines respectifs de la mise en forme de la lumière (Cailabs), de la communication optique en milieu turbulent, et des systèmes orbitaux (ONERA).

Des besoins de connectivité spatiale qui explosent

Les communications laser ont réalisé leurs premiers pas dans l’espace dès 2001 avec un lien inter-satellite opéré par le CNES et l’ESA. Restées cantonnées, ces 20 dernières années, aux applications de recherche, l’explosion aujourd’hui des données en vol traitées par les nouvelles constellations de satellites télécoms et d’observation change la donne. Ce sont désormais plusieurs dizaines de térabits d’informations qu’il faut quotidiennement rapatrier sur terre avec des débits que les technologies radiofréquences, dites RF, peinent à atteindre.

Les communications laser présentent l’intérêt d’un débit théorique quasi-illimité. Elles sont déjà largement déployées dans les infrastructures télécom terrestres, via la fibre optique, et s’appuient sur des composants standards et matures. Enfin, par opposition aux RFs, les communications laser sont difficilement détectables et peu soumises aux risques de brouillage ; des enjeux importants dans le domaine spatial qui est encore très lié à la défense nationale.

Développer une interface standard et accessible

Ce projet a pour objectif de développer et d’évaluer les performances d’un module innovant de compensation de la turbulence atmosphérique dédié aux communications laser avec des satellites. En effet, un des verrous au déploiement des technologies de communications laser est de disposer d’une interface efficace et compétitive entre la lumière venant de l’espace et les équipements télécoms terrestre standard. Or, l’atmosphère étant inhomogène, elle est perturbée par la turbulence atmosphérique. Le front d’onde lumineux est déformé et peine à se coupler dans les composantes optiques standards.

 « La technologie Multi-Plane Light Conversion de Cailabs nous permet de manipuler extrêmement finement la forme de la lumière » explique David Allioux, en charge du produit dédié aux communications laser à Cailabs. « Nous sommes ainsi capables de collecter un faisceau lumineux, même très perturbé, dans une fibre optique télécom standard ». Un contrôle actif de la phase sur puce optique garantit l’obtention d’un signal télécom de bonne qualité en sortie. C’est cette technologie de compensation de la turbulence, déclinée dans le produit TILBA, qui sera étudiée avec les chercheurs de l’ONERA, sous la supervision du CNES.

Expertise optique de l’ONERA

Fort d'un savoir-faire de plus de 20 ans, le département d'optique de l’ONERA étudie et met en œuvre des systèmes d'optique adaptative pour les communications optiques. Il accompagnera Cailabs dans le développement de cette nouvelle technologie et dans son évaluation de performance sur des liens représentatifs comme celui modélisé avec le banc optique PICOLO.

Le CNES est quant à lui, un des précurseurs des communications lasers et orchestre tous les développements spatiaux français. Grâce à cette vue d’ensemble, le CNES pourra apporter au consortium une riche connaissance des besoins au niveau des systèmes et des développements nécessaires à la feuille de route spatiale française.

Quel avenir pour les communications laser ?

« En collaborant avec des organismes français tels que le CNES et l’ONERA, qui sont internationalement reconnus dans les communications spatiales, nous espérons pouvoir contribuer à l’émergence d’une filière française en communication optique spatiale. » se réjouit Jean-François Morizur, PDG de Cailabs. « C’est, bien sûr, un enjeu technologique et industriel, mais également un enjeu de souveraineté car c’est en lien direct avec la sécurisation des moyens de communications. »

Historiquement pionnière dans les communications laser, la France est actuellement concurrencée par les Etats-Unis, la Chine ou même l’Allemagne. Avec ce projet autour d’un composant-clé, Cailabs, espère pouvoir rapidement démontrer la pertinence de sa solution sur des liens réels, grâce à des opportunités fournies par ses partenaires. A termes, l’entreprise rennaise ambitionne de permettre le déploiement large des communications laser, avec des satellites, mais aussi entre bateaux, avions ou drones, autant d’applications regardées avec attention par les secteurs civils et militaires.  

À propos de Cailabs
Cailabs est une entreprise française deeptech fondée en 2013 qui conçoit, fabrique et vend des produits photoniques innovants pour les télécommunications et les lasers industriels. Bénéficiant d’un leadership mondial des mises en forme complexes de la lumière, sa technologie fait aujourd’hui l’objet de 19 brevets. Ses composants innovants trouvent leur place dans des domaines variés, du câblage aéronautique aux réseaux locaux d’usine, en passant par la fabrication additive et ont contribué à plusieurs records du monde (notamment le record de débit sur fibre optique par l’opérateur japonais KDDI).

A propos du CNES
Le CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) est l’établissement public chargé de proposer au Gouvernement la politique spatiale française et de la mettre en œuvre au sein de l’Europe. Il conçoit et met en orbite des satellites et invente les systèmes spatiaux de demain ; il favorise l’émergence de nouveaux services, utiles au quotidien. Le CNES, créé en 1961, est à l’origine de grands projets spatiaux, lanceurs et satellites et est l’interlocuteur naturel de l’industrie pour pousser l’innovation. Le CNES compte près de 2 500 collaborateurs, femmes et hommes passionnés par cet espace qui ouvre des champs d’application infinis, innovants et interviennent sur cinq domaines d’intervention : Ariane, les sciences, l’observation, les télécommunications, la défense. Le CNES est un acteur majeur de l’innovation technologique, du développement économique et de la politique industrielle de la France. Il noue également des partenariats scientifiques et est engagé dans de nombreuses coopérations internationales. La France, représentée par le CNES, est l’un des principaux contributeurs de l’Agence spatiale européenne (ESA).