Que peut faire un « satellite espion » ?

Eric Bottlaender
Spécialiste espace
17 janvier 2021 à 17h34
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CSO-3 satellite espion © CNES/Airbus DS
L'un des satellites "espion" français CSO. Crédits Airbus DS/CNES

Bercés par notre culture cinématographique,
les
satellites utilisés au service des armées du monde entier sont souvent fantasmés.
A quoi servent-ils ? Et leurs capacités ? Elles ne sont pas
publiques, mais elles non plus ne peuvent égaler la fiction.

On en sait beaucoup plus sur vous grâce à votre
téléphone…

Qu'est-ce qu'un satellite espion ?

En réalité il y a peu de choses qui différencient un satellite « espion » d'un satellite commercial, de prime abord. Bien sûr, un Etat ne fait pas autant de publicité qu'une entreprise pour ses capacités de surveillance dédiées à la défense, donc les caractéristiques exactes de ces unités ne sont pas disponibles aussi facilement. Cela dit, même pour ceux dont on n'a aucune photographie (il y en a peu), la fusée avec laquelle ils sont lancés donne souvent un spectre de leurs capacités : impossible par exemple de faire décoller un lourd télescope dans un tout petit lanceur… Et à l'inverse, pas besoin de commander un lanceur lourd pour un trio de petits satellites d'écoute électronique .

Une fois là-haut cependant, ceux qui s'intéressent véritablement au sujet n'ont pas trop de mal à identifier les caractéristiques orbitales de ces grands bijoux de technologie. Avec le bon matériel (toutes les grandes nations en ont, et même certains amateurs) il est d'ailleurs possible d'observer directement ces satellites avec une précision qui révèle facilement leur nature. En fonction des antennes et de leur forme, il est aisé de deviner à quoi sert tel ou tel satellite.

Persona Satellite espion russe © Russian MOD
Celui-ci par exemple, ressemble à un gros télescope. Ce satellite Persona, russe, est un "espion" optique. Crédits Russian MOD

Un satellite « espion » n'a donc d'espion que le nom. Ce sont ses résultats qui sont de l'espionnage, car eux ne sont pas cachés. Certains, c'est le choix de la France, ne font pas mystère du rôle de leurs satellites (on sait par exemple très bien que la nouvelle génération de satellites CSO est un trio de satellites d'observation optique). D'autres cachent sous des noms génériques la raison d'être de leurs nouvelles unités.

C'est le cas des Etats-Unis (avec leurs satellites NROL, renommés USA-XXX une fois en orbite) et de la Russie (avec les satellites Cosmos), mais aussi de la Chine qui annonce régulièrement dans ses communiqués de nouveaux satellites « d'observation des cultures agricoles ». Au rythme où ces derniers décollent, les champs de riz sont bien surveillés… Dans ce petit jeu de dupes, tous ceux qui sont vraiment concernés (c'est-à-dire les armées des uns et des autres) savent ce que font les satellites en question.

L'optique, l'espionnage à tout faire

C'est l'application la plus intuitive : pointer un appareil photo vers le sol avec une énorme optique, et prendre des clichés de ses adversaires. Une application qui fera jaser dès les tout premiers satellites à la fin des années 50, et qui donnera lieu à sa propre course technologique. Celle-ci avancera par bonds de géant. D'abord, des optiques télescopiques qui peuvent être pointées précisément. Ensuite, des satellites avec un plus large balayage (souvent, une résolution extraordinaire sous le mètre se paie en contrepartie avec un champ de vue très réduit), de meilleurs capteurs.

Au milieu des années 80, les satellites optiques embarquent une technologie numérique qui commence à affranchir le besoin de renvoyer des pellicules au sol. Un gain de temps phénoménal… Bien que pour certaines résolutions, des satellites russes à films seront utilisés jusque dans les années 2010. Ces derniers temps, les satellites sont « agiles » , ils peuvent pivoter rapidement pour prendre des photos le long de leur parcours, identifier leur cible à l'avance pour mieux étalonner leurs optiques, stocker des quantités folles de clichés ou de films à haute résolution.

KH-9 satellite espion © USAF/Jim Copes
Un satellite espion américain KH-9 en exposition au Musée de l'Air Force. Ce dernier renvoyait encore une capsule avec des films argentiques. Crédits USAF/Jim Copes

Cette résolution d'ailleurs, quelle est-elle ? Dans certains films, il est possible d'utiliser les satellites pour reconnaître quelqu'un, ou lire une plaque d'immatriculation. Dans la réalité… C'est plus complexe. Comprenez bien qu'avec une résolution de 50 centimètres par pixel, un piéton vu de l'orbite n'est qu'un ou deux points. Les meilleures unités militaires descendent sous les 30 centimètres (c'est la limite commerciale), et certaines (il y a débat bien sûr) seraient sous les 10. Toujours trop pour lire une plaque d'immatriculation, ou reconnaître tonton Michel, mais assez pour identifier des gens armés, l'équipement d'un véhicule ou la position d'une antenne…

Il faut toutefois garder à l'esprit qu'il n'y a pas qu'une seule caractéristique importante : le champ de vue (on parle de fauchée), la fréquence de prise d'image, le temps qu'il faut pour reprendre une photographie de la même zone, la capacité des capteurs à intégrer les informations de couleur, tout est important. Pour repérer un pick-up dans le désert, pas besoin d'une résolution folle, il faut plutôt la capacité à photographier des centaines de kilomètres de piste…

Le radar, un outil très efficace

Malgré ses très belles optiques, il y a beaucoup de cas pour lesquels les satellites optiques ont montré leurs limites. La nuit, par exemple, ou lorsqu'une épaisse couche nuageuse recouvre une région. Une optique aussi, on peut la tromper grâce à un camouflage ou des leurres. Les radars, plus difficiles à développer pour des applications spatiales (surtout pour des hautes résolutions) peuvent pallier ces défauts, indifférents aux heures et aux conditions météorologiques.

Plus ennuyeux encore, selon les technologies utilisées un signal radar peut « passer à travers » certains matériaux de camouflage et… même le sol. Indirectement, ces satellites sont l'un des outils qui ont mené à la réduction du nombre de silos de missiles dans les blocs de l'Est et de l'Ouest : il devenait tout simplement impossible de les cacher.

SARah satellites radar © OHB
Le trio de satellites allemands SARah sera utilisé principalement pour la défense. Crédits OHB

Le renseignement électronique, domaine sous-côté.

C'est un outil redoutable, que les puissances spatiales protègent jalousement. Les satellites d'écoute électronique sont passifs, déployant leurs grandes antennes pour capter les émissions des équipements au sol. Un radar anti-aérien installé à l'entrée d'une vallée ? Bip. Un char camouflé qui fait poste de commandement ? Bip bip. Un sous-marin qui fait surface pour obtenir de nouveaux ordres ? Bip bip. La liste est longue, et va des appels passés par des terroristes imprudents aux échanges radios entre une division mécanisée et son artillerie, en passant par les communications entre une patrouille aérienne et son précieux avion ravitailleur… Bien sûr, ce ne sont pas non plus des satellites qui peuvent tout déchiffrer, mais la fusion de données avec d'autres indicateurs (comme une image d'un satellite optique ou radar, des relevés au sol ou par drone…) en fait un outil indispensable.

L'alerte avancée, les satellites de la fin du monde

Derrière un nom très passe partout, les satellites « d'alerte avancée » sont des bijoux ultimes de technologie, qui peuvent coûter près de deux milliards de dollars pièce et… Presque ne jamais servir. En effet, ils sont là pour détecter et qualifier les lancements balistiques et stratégiques dans le monde. Equipés de détecteurs infrarouges très sensibles, ils réagissent aux intenses sources de lumière et de chaleur lors des décollages, et peuvent suivre ensuite la trajectoire de ces objets pour estimer leur fonction.

Car lorsqu'un missile quitte son véhicule à roue et s'engage sur une trajectoire en parabole qui peut atterrir 12 000 kilomètres plus loin sur une grande ville (américaine, par exemple) il faut réagir très rapidement. Et au besoin, réveiller les responsables militaires et politiques qui peuvent engager une « destruction mutuelle assurée ». Poésie. Ces satellites d'alerte avancée captent aussi les lancements orbitaux autour du monde, et peuvent générer des alertes lors d'autres catastrophes comme de grands incendies, des éruptions ou des explosions accidentelles.

SBIRS Satellite © Lockheed Martin
Un satellite SBIRS américain. Le gros détecteur infrarouge super-refroidi est en haut. Crédits Lockheed Martin

Espionner… des satellites

En vérité, ce sont plutôt eux, les satellites espions. En effet il existe certains satellites d'observation… de satellites. Quelques uns vont en orbite basse « suivre » à quelques centaines de kilomètres les plus grands et plus imposants bijoux technologiques de leurs adversaires. Pour tester un petit brouillage, par exemple, ou capter les commandes échangées entre satellite et stations au sol… ou tout simplement les observer pour comprendre leur rôle et ou leurs capacités. D'autres vont s'approcher des satellites de télécommunications en orbite géostationnaire, pour « sniffer » les signaux qu'ils relaient.

Un jeu dangereux, que plusieurs agences spatiales dénoncent… sans toujours appliquer la même bonne conduite à leurs propres satellites. La crainte bien sûr, c'est d'avoir à terme des petits satellites d'approche et potentiellement d'attaque. La France notamment, a prévu un programme de nano-satellites de défense qui seront capables d'agir dans un périmètre proche de nos unités les plus sensibles.

Modifié le 02/04/2021 à 16h41
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Fulmlmetal
Il faut savoir que les satellites optiques ne pointent pas forcément à la verticale de la zone observée, cela donne l’avantage de l’ombrage qui permet parfois de mieux distinguer la forme et donc la nature d’un objet, voire sa hauteur.<br /> Et à noter qu’un satellite optique, c’est la bande du visible mais aussi de l’Infrarouge, ce qui permet de voir un peu la nuit. Par contre j’ignore s’ils font la gamme du Thermique
ebottlaender
Le tout proche IR est parfois compris, mais c’est très complexe à gérer, parce qu’on ne reconstruit pas du tout un paysage de la même façon qu’en visible. Et pour avoir les meilleures ombres on ne fait en général pas passer les satellites avec un soleil au zénith (= vers midi) mais plutôt vers 10h ou 16h.<br /> Le thermique ne peut être géré qu’avec des capteurs super refroidis, donc ça n’est pas commun. Je pense qu’il n’y a que les SBIRS, donc les satellites d’alerte avancée qui en ont.
Fulmlmetal
ebottlaender:<br /> Le thermique ne peut être géré qu’avec des capteurs super refroidis, donc ça n’est pas commun. Je pense qu’il n’y a que les SBIRS, donc les satellites d’alerte avancée qui en ont.<br /> En orbite terrestre, à l’ombre on a -170°c, ce qui est déjà un bon début pour un refroidissement, non ? Les cameras thermique sur Terre sont à -200°c donc on y est presque
ebottlaender
Froid et stable ^^<br /> Moins besoin de refroidir qu’avec une illumination permanente, mais il faut un dispositif actif.
Fulmlmetal
C’est pourtant une techno utilisé par certains telescope spatiaux comme Herschel ou Spitzer entre autres. donc si les télescope spatiaux l’utilisent pourquoi pas les sat espions optiques, qui sont ni plus ni moins que des télescopes.<br /> Et pour avoir une stabilité du fluide il suffit juste que le réservoir et le réseau soit protégé du rayonnement par un panneau ou un bouclier pour le garder à l’ombre, ce que font déja certains sat scientifiques.
ebottlaender
«&nbsp;Y’a qu’a&nbsp;» et «&nbsp;suffit de&nbsp;», les grands amis des chefs de projet du monde entier. Pour info toute la «&nbsp;deuxième carrière&nbsp;» de Spitzer a été initiée parce qu’à la fin de sa durée de vie, il n’avait plus de liquide de refroidissement, laissant une partie de ses systèmes inutilisables. Je ne dis pas que c’est infaisable, juste que ce n’est pas répandu du tout.<br /> Et il faut aussi qu’en terme opérationnel, ça vaille le cout.
Fulmlmetal
Je ne dis pas non plus que ça existe ou que ça peut exister, je me posais juste la question.<br /> On voit souvent des images de l’armée qui utilise des cameras thermique en mission, ce doit visiblement etre mieux que l’IR, et je me demandais si cela était le cas en observation orbitale.<br /> Mais quoi qu’il en soit ce type d’info restera confidentielle, ça restera donc de l’hypothèse ou du faisable. Après s’ils ne l’utilisent pas il doit y avoir des raisons mais le fait est que des sat d’observation astronomique l’utilise donc techniquement c’est faisable.
jason56
Merci pour ce bel article, très intéressant
Element_n90
Et Hubble, c’est, grosso-modo, un satellite espion (optique) tourné dans l’autre sens ou c’est sans commune mesure bien différent ?
ebottlaender
Hubble dispose en plus d’instruments scientifiques de très haute qualité, et d’une optique réglée pour voir loin, mais dans l’idée oui c’est comparable.<br /> La NRO américaine a d’ailleurs fait don d’un miroir de 2,4m de diamètre à la NASA au début des années 2000 lorsqu’un gros satellite espion a été annulé. Il sera installé sur WFIRST.
benben99
Ca c’est déjà de la vieille technologie
jason56
A la base c’était un satellite d’espionnage, mais ils l’on lancé à l’envers. Alors finalement ils en ont fait Hubble.<br /> Plaisanterie mise à part, ils ont en effet bien créé un second télescope comme celui de Hubble destiné à l’espionnage, mais je crois qu’il n’est plus utilisé.
Niverolle
C’est curieux d’opposer le thermique et l’infrarouge. L’IR thermique est juste une bande particulière de l’infrarouge.
Fulmlmetal
benben99:<br /> Ca c’est déjà de la vieille technologie<br /> Mais encore, c’est mieux d’argumenter …
Fulmlmetal
Niverolle:<br /> C’est curieux d’opposer le thermique et l’infrarouge. L’IR thermique est juste une bande particulière de l’infrarouge.<br /> Où avez vous lu que je les opposait ? je constate juste que pour chacun il y a des utilisations différentes, notamment l’armée qui utilisent plutot la camera thermique qui est bien plus sélective car elle ne révèle que ce qui émet de la chaleur et pas ce qui en plus la réfléchie ou la restitue.
Niverolle
Je me suis mal exprimé, j’avais l’impression que tu faisais une différenciation entre les deux alors que l’un englobe l’autre. Mais effectivement en terme de mises en œuvre l’IR thermique est à part (il faut gérer le bruit «&nbsp;thermique&nbsp;», justement).
benben99
Effectivement tu as raison
Corentin_Buti
Très bon article Eric, je me permets de réagir sur les commentaires intéressants sur l’aspect thermique. Tu as tout à fait raison, pour produire des images infrarouges on doit se tourner vers du refroidissement. En orbite basse le refroidissement passif est limité (mais peut être compatible avec les besoins optiques avec une complexité plus ou moins grande exemple: TROPOMI). Mais avec le développement des technologies de refroidissement actif, c’est de plus en plus intéressant pour l’optique infrarouge aussi bien dans l’observation de la Terre que dans la Science (James Webb, Athena etc…). A la différence des missions que tu as citées (Herschel, Planck), les machines cryogéniques fonctionnent en boucle fermée, on ne fait plus (à ma connaissance d’architecture) basée sur l’emport de fluides cryogéniques qui s’épuisent au fur et à mesure. Des satellites d’observation utilisent bien ces machines cryo (SENTINEL 3A, 3B) et même Exomars TGO
max_971
Y a t-il des satellites avec un «&nbsp;rayon laser&nbsp;».<br /> 600×600 25.8 KB
ebottlaender
Dans le sens où on l’entend à Hollywood, pas vraiment. Ou en tout cas, pas encore. La France par exemple développe des petits satellites de protection de ses grands satellites les plus précieux, qui auront une capacité laser telle qu’elle peut aveugler voire abîmer les capteurs d’un autre satellite qui s’en approcherait trop près.<br /> Il existe un autre type de laser qui est plus utilisé, c’est celui qui sert à la communication. On se sert en gros du laser comme d’une fibre optique pour communiquer entre deux satellites. Ce n’est pas très répandu, mais ça existe et ça permet de transférer de gros débits de données.
Nmut
En plus du débit, la transmission laser à le GROS avantage de la discrétion: à part se placer dans le flux (et donc être immédiatement détecté par le récepteur par la coupure, le délai et/ou la baisse de niveau du signal), il n’est pas possible d’intercepter la communication.
Bombing_Basta
Le satellite espion est obsolète, il est gros, peu maniable, pas forcément là où en a besoin, emmerdé par les nuages, difficilement mis à jour…<br /> Maintenant y’a le drone espion ^^
Voigt-Kampf
Je n’ai pas tout lu dans les commentaires mais je sais que j’ai travaillé avec des images satellites SPOT depuis longtemps en PIR et d’autres fréquences comme les satellites LANDSAT ont pu gérer. Je sais même que j’ai eu des cours sur des satellites «&nbsp;radar&nbsp;» qui permettent de faire de l’interférométrie et de suivre par exemple les glissements de terrain. Avec les progrès de l’imagerie, je n’imagine même pas les possibilités. Tiens, si : aujourd’hui on est capable de faire un suivi journalier de l’évolution des cultures, utile pour les agriculteurs (moyennant quelques deniers je le conçois).
Maelig_22
«&nbsp;On se sert en gros du laser comme d’une fibre optique pour communiquer entre deux satellites. Ce n’est pas très répandu, mais ça existe et ça permet de transférer de gros débits de données.&nbsp;»<br /> Oui «&nbsp;pour le ce n’est pas très répandu&nbsp;» mais cela devrait basculer assez rapidement, tu le sais probablement, les satellites Starlink sont prévus pour être dotés de 4 liaisons optiques chacun (free space optics) pour communiquer avec les deux satellites les plus proches sur le même plan orbital, et les deux satellites des deux plans orbitaux les plus proches. SpaceX compte les utiliser pour router le trafic quand il n’est pas possible ou souhaitable de redescendre immédiatement sur une station sol (exemple lorsque la couverture est en pleine mer, c’est utile de faire un ou plusieurs sauts inter satellites via les liaisons optiques, puis redescendre par la station sol la plus proche). A ma connaissance ces liaisons ont été testées fin 2020 et fin janvier 2021 une dizaine de satellites a été mise en orbite, équipés de ces liaisons. Logiquement ce devrait devenir la configuration standard, donc de fait ça risque de devenir plus fréquent. Plusieurs autres constellations LEO, certes moins grosses, prévoient ou utilisent déjà ce type de liaisons optiques.
Maelig_22
«&nbsp;En plus du débit, la transmission laser à le GROS avantage de la discrétion: à part se placer dans le flux (et donc être immédiatement détecté par le récepteur par la coupure, le délai et/ou la baisse de niveau du signal), il n’est pas possible d’intercepter la communication.&nbsp;»<br /> La transmission optique étant directive, elle rajoute un niveau de sécurité physique du à cette directivité, ok. Mais il y a un gros état de l’art sur l’interception des liaisons optiques, faire du eavesdropping est faisable. Actuellement pour sécuriser le lien, on ne fait à ma connaissance pas mieux que d’utiliser des communications quantiques (échanges de clés QKD, quantum key distribution). Là pour le coup, il est possible de détecter une interception de la transmission.
twenty94470
Ça devient recurrent la publication d’ancien articles (15j- 2mois) cela sert quel intérêt ?
Keoden
Au hasard ceux qui ne l’ont pas lu la première fois ? (comme moi ^^)
Nmut
C’est sur que que c’est encore mieux, surtout si on combine les deux! Je parlais de support transmission pas de codage. Et ça reste encore très théorique, je ne sais pas si c’est déjà utilisable.
Maelig_22
Hello Nmut,<br /> «&nbsp;Et ça reste encore très théorique, je ne sais pas si c’est déjà utilisable.&nbsp;»<br /> Oui ça manque encore de maturité, mais il y a déjà une certaine activité sur le sujet<br /> Chine, 2016: China launches world's first quantum communications satellite | New Scientist<br /> En Europe il y a par exemple EuroQCI The future is quantum: EU countries plan ultra-secure communication network | Shaping Europe’s digital future mais ça reste un projet de recherche.
jason56
Marre, encore un article intéressant
rexxie
Je suis certain que les forces armées ne coulent pas leurs avancées, que des années plus tard. Ce serait con de révéler leurs avantages tactiques à l’ennemi.<br /> Et je suis certain qu’ils peuvent lire par dessus notre épaule depuis des décennies… entre autres…
Niverolle
Comme toujours, tu rêves en couleur… Je suis ingénieur de l’armement en traitement et analyse d’image, donc je pourrais te parler de diffraction, de front d’onde, de MTF, de filtrage, etc. Mais autant faire une démonstration par l’exemple puisque celle-ci est possible et facile. En effet, il suffit de connaitre les performances d’un télescope astronomique de diamètre et ouverture équivalente, et équipé d’une optique adaptative avec intelligence artificielle dernier cri pour avoir un ordre d’idée de ce qui est possible. Et ce dans le meilleur des cas, puisque ce genre de télescope est installé sur des sites offrant un ciel nocturne exceptionnel (aussi bien en terme de turbulence que de transparence). Alors au dessus du Sahel, en milieu de journée et par temps d’harmattan, et ton beau satellite espion (ou avion espion) t’offrira une accutance bien mollassone…
buitonio
Merci pour la republication de cet article fouillé et instructif. Je l’ai raté la première fois.<br /> Mais je crois qu’il n’y a pas de domaine sous-côté comme il peut y en avoir à côté.
rexxie
Niverolle:<br /> Je suis ingénieur de l’armement en traitement et analyse d’image<br /> Et tu n’as pas signé d’entente de confidentialité ?
Niverolle
En l’occurrence je n’ai divulgué aucun secret.
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