D'ici 2020, une centaine de ballons stratosphériques pourraient dériver afin d'offrir un service Internet aux populations qui n'y ont pas accès. © Cnes

Sciences

Loon, le projet du Cnes et de Google pour un accès Internet via des ballons

ActualitéClassé sous :Internet par satellite , CNES , Google

Bien utilisé, Internet peut rapprocher les Hommes. Mais environ 5 milliards de Terriens n'ont pas accès à la Toile. Pour y remédier, de nombreuses initiatives publiques et privées, dont celle de Google et du Cnes, font le pari qu'une centaine de ballons stratosphériques réduiront cette fracture numérique.

Sur Terre, les deux tiers de la population mondiale n'ont pas accès à une connexion rapide et bon marché à Internet, notamment dans la majorité des pays de l'hémisphère sud. Ces humains sans Web sont essentiellement localisés dans des pays émergents, des régions du globe à faible densité de personne ou non desservies (zones blanches). Pour les connecter entre eux et avec le reste du monde, les pouvoirs publics, des organismes et des firmes privées, comme le Gafa (Google, Amazon, Facebook, Apple) explorent différentes solutions.

Pour s'affranchir de l'absence d'infrastructures terrestres, les satellites et les ballons sont les solutions les plus prometteuses. Depuis quelques années, des satellites de télécommunications géostationnaires embarquent des charges utiles en bande Ka, capables de fournir un service Internet à haut débit. Plus récemment, O3B a débuté la mise en place d'une constellation de satellites pour fournir à des opérateurs un accès Internet très haut débit à bas prix.

Quant aux ballons stratosphériques, l'idée n'est pas nouvelle mais elle ne fait que commencer à se concrétiser. Il y a quelques mois, Thales Alenia Space a dévoilé Stratobus, un projet de dirigeable capable d'une large gamme de services, dont les télécommunications au-dessus de la région où il stationnera. De son côté, Google a son projet Loon, dont le nom évoque le ballon (balloon en anglais) mais qui signifie aussi idiot ou lunatique. Dans le cadre d'un projet d'étude et développement, le moteur de recherche Google, via son équipe de recherche & développement Google X de Mountain View en Californie, a testé en 2013 depuis la Nouvelle-Zélande la fourniture d'une connexion à Internet de type 3G à partir d'une flotte d'une centaine de ballons à très haute altitude. L'idée de ce projet est de laisser dériver dans la stratosphère une flotte d'une centaine de ballons capables de relayer un accès à Internet vers des zones de la planète non desservies (zones blanches).

« Le Cnes a rejoint ce projet dans le cadre d'un accord conclu avec Google basé sur le meilleur effort de chacune des parties » nous explique Vincent Dubourg, le sous-directeur Ballon au Cnes. L'Agence spatiale française, « forte de son expérience de plus de 50 ans dans le domaine des ballons stratosphériques », apporte son expertise technique pour la conception, le process de qualification du ballon et sa mise en œuvre. Toujours dans le cadre de cet accord, « Google autorise le Cnes à utiliser ces ballons pour ses besoins propres (applications scientifiques pour étudier le changement climatique notamment) et à les faire fabriquer en France ». Les autres seront fabriqués aux États-Unis par Aerostar, une filiale de la Nasa.

Une constellation de ballons pilotés à l'aide des vents permettrait un accès Internet bon marché destiné à des zones dépourvues de structures au sol. C'est l'idée de Loon, un projet de Google auquel s'est joint le Centre national d'études spatiales (Cnes) qui a l'expertise de tels ballons. © Idé

Points durs et difficultés techniques

Les ballons du projet Loon, pressurisés, mesurent 15 m de diamètre et doivent voler au moins 3 mois à 20 km d'altitude. Pour cela, ils doivent « rester parfaitement étanches tout au long du vol et supporter une surpression suffisante pour garder un volume constant, qui garantit (grâce à la poussée d'Archimède) un niveau de vol constant ». Le premier point dur à résoudre est de « garantir l'étanchéité de l'enveloppe du ballon durant le lâcher et tout le vol ». Cela demande des précautions particulières de manipulation, des matériaux et des technologies d'assemblage qualifiés à l'environnement de vol.

Il se trouve que le ballon Loon est composé de deux enveloppes distinctes, « l'une emplie de gaz porteur (hélium ou hydrogène à terme), l'autre qui peut être emplie d'air pour lester le ballon en vol et lui faire faire des excursions d'altitude de quelques kilomètres ». Cela présente l'avantage de pouvoir piloter la trajectoire horizontale du ballon en allant chercher les veines de vent orientées dans la direction souhaitée : « c'est ainsi que Google veut maintenir le réseau réalisé par sa constellation de ballons ». Le maintien de l'étanchéité aux interfaces entre l'enveloppe à l'hélium et le ballonnet d'air est aussi un exercice difficile.

Ces ballons croiseraient entre 18 et 20 km d'altitude, plus haut que les avions commerciaux et que les nuages troposphériques, s'affranchissant ainsi des aléas météorologiques. Ils seraient alimentés en énergie par des panneaux solaires. Utilisant une liaison bidirectionnelle, le signal serait envoyé depuis le sol vers les ballons qui pourraient ensuite le relayer vers d'autres ballons avant d'être finalement renvoyé vers le sol où il pourrait être capté par des antennes extérieures ou des téléphones équipés de la technologie LTE (Long-Term Evolution).

En retour de cette participation, l'Agence spatiale française pourra utiliser les ballons de Google pour ses propres expériences. Pour le Cnes, « un tel déploiement est une belle opportunité pour embarquer des capteurs scientifiques utiles pour mieux comprendre la dynamique et la chimie de la basse stratosphère (couche 18-20 km d'altitude) ». Dans les années 1970, le Cnes avait déjà déployé de telles constellations de ballons (plus de 400 au total, qui volaient un peu plus bas) pour le programme Eole, ancêtre du système Argos. D'autres projets, « imaginés par nos laboratoires du CNRS, comme Stratéole 2 par exemple, qui prévoit d'étudier la dynamique et la chimie de la stratosphère avec des flottilles de ballons, pourraient bénéficier des performances du ballon développé avec Google », sont susceptibles d'embarquer à bord.

Ces ballons n'en sont qu'au stade du développement. Un premier démonstrateur est prévu dès l'année prochaine, en vue d'un déploiement significatif du service prévu d'ici trois à quatre ans. Compte tenu de la puissance financière de Google et de l'expertise du Cnes, il serait étonnant que ce projet n'aboutisse pas. On notera que Google prévoit également d'utiliser ce système pour rétablir rapidement l'Internet dans les zones sinistrées par une catastrophe.

Le Cnes utilise des ballons pour une très grande variété d'expériences. Ils sont ainsi utilisés pour observer la Terre, étudier la chimie et la dynamique de l'atmosphère ainsi que les effets du rayonnement cosmique sur les organismes vivants. Ils sont également utilisés pour observer l'univers et tester des composants ou des instruments destinés à des satellites. Enfin, dans certaines conditions, ils sont aussi utilisés pour calibrer des instruments spatiaux d'observation de la Terre.