🤔 GPS : comment ça marche ? (Tout comprendre)

**Jerome Colombain** (0:00)
Monde numérique. À 200 mètres, tournez à gauche.
Sur la route des vacances, cette voie est devenue banale. Que l'on parte vers la mer, la montagne ou vers un rendez-vous professionnel, on suit le guidage GPS sans même y penser. En voiture, à pied ou à vélo, cette petite voie rassurante nous indique la route à suivre. Elle estime même notre heure d'arrivée, et elle nous prévient quand on s'est trompé de direction. Google Maps, Apple Plan, Waze, un petit point bleu sur une carte, c'est nous. C'est vous, c'est votre voiture, ou votre vélo, ou vous-même à pied quelque part sur la Terre. Mais comment un smartphone ou un système de guidage intégré aux véhicules peut-il savoir exactement où l'on se trouve à quelques mètres près ? Comment un appareil glissé dans notre poche parvient-il à déterminer notre position n'importe où sur la planète ? Et bien la réponse se trouve à plus de 20 kilomètres au-dessus de nos têtes. Elle repose sur une constellation de satellites, sur des horloges atomiques d'une précision extraordinaire et sur un calcul fondé sur le temps que mettent des signaux radios à voyager dans l'espace. Cette technologie porte un nom que tout le monde connaît, le GPS. Mais ce que l'on sait moins, c'est comment ça fonctionne et de quand ça date. Le GPS n'a pas été inventé pour nous aider à trouver un restaurant, pour nous faire livrer des plats cuisinés ou pour éviter les embouteillages. C'est d'abord une technologie militaire née aux États-Unis pendant la guerre froide. Voici son histoire.
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L'histoire commence en octobre 1957, non pas aux États-Unis, mais en Union soviétique. Les Russes viennent de placer en orbite Spoutnik 1, le premier satellite artificiel de l'histoire. Spoutnik émet un simple signal radio, une sorte de bip-bip que les scientifiques peuvent capter depuis la Terre.
Des chercheurs américains constatent alors un phénomène bien connu en physique, l'effet Doppler. C'est le même effet qui donne l'impression qu'une sirène est plus aiguë lorsqu'une ambulance s'approche par exemple, et plus grave lorsqu'elle s'éloigne. La fréquence du signal du Spoutnik varie légèrement selon que le satellite se rapproche ou s'éloigne de l'antenne qu'il écoute.
En analysant ces variations, les chercheurs parviennent à calculer la trajectoire du satellite. Et ils comprennent rapidement que le raisonnement peut être inversé. Si l'on connaît précisément la trajectoire d'un satellite, eh bien il devient possible d'utiliser son signal pour déterminer la position d'un récepteur sur Terre. En 1973, le département américain de la Défense lance officiellement le programme Global Positioning System, le GPS.
Le premier satellite expérimental de la constellation GPS sera lancé en 1978
Le GPS ne repose pas sur un seul satellite, mais sur tout un ensemble, une constellation. Il faut au moins 24 satellites répartis sur plusieurs plans orbitaux. Ces balises stellaires gravitent ainsi autour de la Terre à plus de 20 km d'altitude. Chaque satellite effectue environ deux orbites par jour. Chacun diffusant en permanence plusieurs informations. D'abord, le satellite indique sa position précise dans l'espace. Il transmet aussi l'heure exacte à laquelle son signal est envoyé. Et c'est là que se trouve le secret du GPS.
Contrairement à une idée reçue, le satellite n'a pas de caméra et ne nous observe pas. Il ne photographie pas notre voiture ou nous-mêmes avec notre téléphone dans la poche chaque minute. Il se contente d'émettre un signal un peu comme un phare spatial et le téléphone lui écoute. Le fonctionnement est donc principalement à sens unique. Les satellites diffusent leur position et l'heure exacte sont s'occupées de ce qu'on va en faire. Et sur Terre, le récepteur embarqué dans une voiture ou dans un smartphone, calcule sa propre localisation.
Le récepteur GPS n'a pas besoin d'envoyer sa localisation au satellite. Ce qui est plutôt une bonne nouvelle en termes de protection de la vie privée. Oui, mais bon, sauf que les applications de navigation peuvent enregistrer, transmettre cette position par internet. Du coup, ça fait de la collecte de données qui n'est pas effectuée par les satellites GPS eux-mêmes, certes, mais qui peuvent parfois poser problème. Ça, c'est un autre sujet.