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Qu'est-ce que le système Argos ? Plus de détails grâce à CLS-Argos

Dossier - Oiseaux à suivre : le système Argos pour le suivi de la faune
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Que l'on soit biologiste, écologue, vétérinaire, forestier ou responsable de parc naturel, il est très souvent utile de savoir où se trouvent les animaux que l'on étudie, avec lesquels on cohabite, ou qui utilisent le territoire où l'on travaille.

  
DossiersOiseaux à suivre : le système Argos pour le suivi de la faune
 

Argos est un système de localisation et de collecte de données par satellite dont l'utilisation est réservée à l'étude et à la protection de l'environnement de notre planète. Argos permet de localiser les émetteurs compatibles (ou balises) n'importe où à la surface de la terre avec une précision d'environ 150 mètres.

Les biologistes peuvent ainsi étudier la migration et la biologie de nombreux animaux dans leur milieu naturel, sur terre, en mer ou dans les airs, tels que les albatros, les manchots, les baleines, les caribous, etc. Il est ainsi aujourd'hui possible de déterminer les migrations avec une précision de quelques centaines de mètres, et d'afficher les résultats quasiment en direct sur les écrans des micro-ordinateurs des utilisateurs de ce service.


Tortue ovale équipée d'une balise Argos. © CNES - DR
Les éléments qui composent le système Argos :
  • balises +
  • satellites +
  • stations de réception +
  • centres de traitement +
  • utilisateurs

Les balises (ou plate-formes) elles émettent un message

On entend par balise (ou plate-forme) tout émetteur équipé pour être reconnu par Argos. Chaque balise est caractérisée par un numéro d'identification unique et émet en permanence un signal ou message caractéristique (un message codé + une fréquence). Les balises peuvent être embarquées sur des bateaux, fixées sur des animaux, accrochées à des bouées dérivantes, posées sur des volcans, etc.

Les balises sont fabriquées par des entreprises indépendantes et étudiées en fonction de l'usage prévu. Lorsqu'elles sont destinées au suivi d'animaux, elles doivent être suffisamment petites et légères pour ne pas gêner l'animal, mais doivent aussi contenir les piles nécessaires à leur fonctionnement.

Les satellites ils reçoivent le message et le retransmettent

Les instruments de détection des messages Argos sont embarqués sur plusieurs satellites américains, et deux satellites au moins sont opérationnels à tout moment. Les messages reçus par le satellite sont à la fois enregistrés sur une bande magnétique embarquée et retransmis vers le sol.

Les satellites utilisés décrivent une orbite polaire à 850 km d'altitude, et passent donc au-dessus des pôles Nord et Sud à chaque tour autour de la terre. Le temps nécessaire à chaque satellite pour effectuer un tour complet autour de la Terre est d'environ 100 minutes.

Chaque satellite passe au dessus d'un point donné à peu près à la même heure locale tous les jours. La durée pendant laquelle le satellite peut " voir " une balise donnée, et donc recevoir son message, est de 10 minutes en moyenne à chaque tour.

Chaque satellite détecte toutes les balises situées à l'intérieur d'un cercle d'un diamètre de 5000km. Avec le déplacement du satellite autour de la terre, la trace au sol de ce cercle forme une bande de 5000km de large qui s'enroule autour de la terre en passant par les pôles.

En raison de la rotation de la terre, cette bande se décale à chaque tour de satellite de 25° vers l'ouest, soit 2800km à l'équateur. Ainsi, deux bandes successives se recouvrent partiellement, comme un large ruban que l'on enroulerait autour de la terre ne passant par les pôles et qui recouvrirait en quelques tours toute la surface du globe.

Du fait du recouvrement de plus en plus important des bandes de visibilité en allant vers les pôles, le nombre de passages au dessus d'une balise dépend de la latitude de celle-ci : elle sera " vue " beaucoup plus souvent dans les régions polaires qu'à l'équateur.

Les stations de réception  elles reçoivent les informations des satellites

Les stations de réception reçoivent en direct, par l'intermédiaire des satellites, les messages provenant des balises qui sont " à proximité ". Trois stations principales de réception (2 aux Etats-Unis, 1 en France) récupèrent en plus la totalité des messages enregistrés par tous les satellites tout au long d'un tour complet autour de la terre. Elles retransmettent ces données brutes aux centres de traitement.

Les stations de réception sont réparties dans le monde entier : îles Hawaii, Etats-Unis, Canada, France, Antarctique, Afrique du Sud, Japon, Australie, Nouvelle-Zélande, île de la Réunion et Pérou.

Les centres de traitement : ils calculent les localisations

Les centres de traitement reçoivent les données brutes Argos (messages codés) en provenance des balises par l'intermédiaire des satellites et des stations de détection. Des calculateurs procèdent alors au traitement des valeurs collectées et au calcul des localisations.

Deux centres globaux de traitement, l'un aux Etats-Unis, et l'autre à Toulouse en France, traitent la totalité des données en provenance de stations principales de réception. Tous ces résultats sont archivés et mis à la disposition des utilisateurs du monde entier.Trois autres centres de traitement régionaux calculent les localisations pour des groupes d'utilisateurs locaux, et localisent également les balises situées dans leur région. Ces centres régionaux sont toujours reliés à un centre principal afin d'offrir à tous les utilisateurs l'accès à toutes les localisations de ses balises.

Les utilisateurs : ils récupèrent les localisations et les intègrent à leurs recherches

Les résultats obtenus par les centres de traitement, c'est à dire les localisations des balises et des information sur leur précision, sont accessibles pour les propriétaires des balises grâce aux réseaux de communications : fax, télex, Internet, courrier. Les localisations Argos sont exprimées en latitudes et longitudes en degrés et millièmes de degrés. La plupart du temps, les utilisateurs reçoivent directement sur leur ordinateur les localisations de leurs balises, souvent moins d'une heure après la détection de la balise par un satellite. On peut donc suivre presque en direct le trajet des balises, localisation après localisation.

Le calcul des localisations Argos

Les positions sont calculées à partir des mesures de l'effet Doppler. C'est un phénomène bien connu, et l'exemple le plus classique est celui du changement de la "tonalité" du son émis par une locomotive selon qu'elle se rapproche (son aigu) ou qu'elle s'éloigne (son grave) de l'observateur. C'est la fréquence sonore reçue qui diffère de la fréquence sonore émise.

Pour la localisation Argos, le principe est le même avec la fréquence émise par la balise. Lorsque le satellite se "rapproche" puis s'éloigne de la balise, la fréquence des messages reçus change. Il faut donc que le satellite reçoive plusieurs messages au cours d'un même passage au dessus de la balise pour pouvoir comparer les fréquences reçues et calculer deux positions possibles à la surface de la terre. Une série de contrôles permet de tester la vraisemblance de chacune des positions. C'est la position la plus cohérente avec les fréquences déjà reçues et la vitesse possible de la balise qui est choisie comme étant la position réelle de la balise. La précision de la localisation est évaluée en fonction de plusieurs facteurs (nombre de messages reçus pendant le passage, stabilité en fréquence de l'émetteur, etc.).