Publié le 2024-02-29 14:35:00. L’orbite terrestre, de plus en plus encombrée par des milliers de satellites, pose un défi majeur pour l’avenir de l’exploration spatiale. Un chercheur québécois travaille sur des solutions pour rendre ces engins plus autonomes et limiter la production de débris.
- Le nombre de satellites en orbite terrestre basse pourrait atteindre 60 000 d’ici 2030, augmentant le risque de collisions et la création de débris spatiaux.
- Le professeur Jesus David Gonzalez Llorente de l’ÉTS développe des technologies d’intelligence artificielle embarquée pour améliorer l’autonomie des satellites.
- La gestion prédictive de l’énergie et la validation rigoureuse de l’IA sont cruciales pour assurer la fiabilité et la durabilité des systèmes spatiaux.
Les satellites sont devenus indispensables à notre quotidien, assurant la connectivité, la navigation et la surveillance de notre planète. Ils jouent un rôle crucial dans la gestion des catastrophes naturelles et l’exploration spatiale, de notre retour sur la Lune aux futures missions vers Mars. Mais cette dépendance croissante s’accompagne d’un problème majeur : l’encombrement de l’orbite terrestre.
Alors que le nombre de satellites en orbite terrestre basse (LEO) pourrait atteindre 60 000 d’ici 2030, le risque de collisions s’intensifie. Chaque impact génère des débris qui restent en orbite pendant des années, créant une spirale dangereuse. La question de la pérennité de l’espace devient donc urgente : comment continuer à profiter des avantages de ces technologies sans transformer l’orbite en une véritable décharge orbitale ?
Le professeur Jesus David Gonzalez Llorente, de l’École de technologie supérieure (ÉTS), s’attaque à ce défi de front. Son programme de recherche vise à concevoir et à exploiter les engins spatiaux du futur de manière à garantir la durabilité de l’espace, tout en améliorant la fiabilité et l’autonomie des petits satellites, qui sont au cœur de l’essor actuel des constellations.
Des satellites capables de prendre des décisions
Fort d’une expertise en génie électrique, informatique et ingénierie des systèmes, le professeur Gonzalez Llorente se concentre sur les technologies qui permettront aux satellites de devenir de véritables agents autonomes. Ces appareils, souvent pesant moins de 500 kg, voire seulement 5 kg, représentent une voie prometteuse. Moins coûteux et plus rapides à déployer, ils sont devenus la pierre angulaire de nombreuses missions modernes. Cependant, leur autonomie est limitée par un manque de puissance de calcul, de mémoire et, surtout, d’énergie.
C’est pourquoi le professeur Gonzalez Llorente travaille à intégrer davantage d’intelligence embarquée dans les satellites, leur permettant de se coordonner, d’éviter les collisions et de détecter les anomalies avant qu’elles ne deviennent critiques. Une partie de ses travaux porte sur des algorithmes capables de trier les images capturées en orbite. Le satellite peut ainsi éliminer les images floues ou obscurcies par les nuages, classer celles qui sont pertinentes et renvoyer uniquement les données utiles sur Terre. Cette approche permet d’économiser de l’énergie, de la bande passante et du temps de fonctionnement, tout en optimisant l’efficacité des missions.
L’intelligence embarquée permet également au satellite de s’auto-diagnostiquer. En analysant ses propres données de fonctionnement (températures, tensions électriques, exposition solaire, variations du champ magnétique), il pourrait apprendre à reconnaître des comportements anormaux, anticiper les pannes ou ajuster son mode de fonctionnement pour prolonger sa durée de vie. Dans un environnement où chaque intervention coûte des millions et où les réparations sont quasiment impossibles, cette autonomie est essentielle.
L’énergie, un point faible crucial
Rendre un satellite plus autonome implique inévitablement d’augmenter ses besoins énergétiques. Or, les ressources embarquées sont strictement limitées. Les satellites dépendent principalement des panneaux solaires, complétés par des batteries et parfois des supercondensateurs, qui offrent une puissance instantanée élevée mais une faible capacité. À cette contrainte physique s’ajoute un environnement imprévisible : le satellite alterne constamment entre la lumière du soleil et l’ombre, ses besoins varient en fonction de la charge de travail et des opérations planifiées, et son système électrique doit résister à des cycles thermiques extrêmes qui accélèrent sa dégradation.
C’est le deuxième axe de recherche de Jesus David Gonzalez Llorente. Il développe des modèles prédictifs pour estimer l’état de santé des batteries, anticiper leur vieillissement et optimiser la répartition de l’énergie entre les différentes tâches. L’objectif est de doter le satellite d’un véritable « cerveau énergétique », capable de décider quand effectuer une opération exigeante, quand passer en mode économie et quand profiter de l’exposition solaire pour recharger ses réserves.
Ses travaux portent également sur la qualification de composants commerciaux (tels que les supercondensateurs) pour les environnements spatiaux. Ces composants sont soumis à des vibrations intenses lors du lancement et à des variations de température allant jusqu’à 80 °C au cours de chaque orbite de 90 minutes, ce qui met à rude épreuve leur intégrité mécanique et électronique.
Tester et certifier l’IA pour l’espace : un nouveau défi
Bien que l’intelligence artificielle gagne du terrain dans le secteur spatial, son intégration et sa certification restent complexes. Comment garantir qu’un algorithme fonctionnera correctement une fois installé à bord, dans un environnement soumis aux rayonnements, aux cycles thermiques et aux interférences électromagnétiques ? Comment s’assurer qu’il prendra toujours des décisions sûres, même avec une mémoire et une puissance de calcul limitées ?
Pour répondre à ces questions, le professeur Gonzalez Llorente a développé un cadre de test complet. Son équipe travaille sur des simulations avancées, des jumeaux numériques et des bancs d’essai matériels qui reproduisent les conditions orbitales. Leur objectif est d’établir un processus de validation rigoureux permettant d’intégrer l’IA dans les systèmes critiques, tout en maintenant la fiabilité qui caractérise traditionnellement l’ingénierie aérospatiale. Il s’agit d’une transformation profonde dans la manière dont les composants spatiaux sont conçus, testés et certifiés.
Vers des constellations plus sûres et un espace plus durable
En combinant intelligence artificielle, gestion prédictive de l’énergie et nouvelles méthodologies de validation, le professeur Gonzalez Llorente et son équipe de recherche visent à créer une nouvelle génération de petits satellites cognitifs. Ces engins spatiaux autonomes et résilients, intégrant des mécanismes de prise de décision explicables, pourraient jouer un rôle clé dans les futures missions d’observation, de surveillance environnementale et de gestion des ressources. Cela pourrait inclure le développement de services en orbite, où un satellite pourrait en réparer ou ravitailler un autre, prolongeant ainsi sa durée de vie et limitant les débris.
Ces innovations pourraient transformer les pratiques du secteur spatial, rendant les constellations plus sûres, plus efficaces et plus durables. Elles ouvrent la voie à une gestion plus responsable de l’environnement orbital, où chaque satellite serait capable de s’autogérer, d’anticiper les pannes et surtout d’éviter de créer des débris supplémentaires.
À l’heure où l’orbite terrestre devient de plus en plus fragile, sous la pression du nombre croissant d’objets en circulation, cette vision pourrait bien définir la manière dont l’humanité continuera à explorer et à exploiter l’espace dans les décennies à venir.
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