Des satellites Starlink au service de la détection des avalanches : une première mondiale

Les avalanches constituent un danger majeur durant l’hiver dans les régions montagneuses. La surveillance de ces phénomènes est indispensable pour garantir la sécurité des personnes et des infrastructures. Comment les nouvelles technologies peuvent-elles améliorer cette surveillance, notamment dans des zones éloignées et difficiles d’accès?

Les risques hivernaux et la surveillance des avalanches

Chaque hiver, avec l’augmentation des chutes de neige, le risque d’avalanche dans les montagnes s’accroît. Une méthode employée pour minimiser ce risque consiste à déclencher des avalanches de manière contrôlée par des détonations artificielles. Ces actions permettent de libérer d’énormes masses de neige qui dévalent ensuite les pentes selon un trajet prédéterminé. Cependant, il est impératif de vérifier si l’avalanche a bien été déclenchée comme prévu.

Pour ce faire, une surveillance ciblée de la zone affectée s’impose, quelles que soient les conditions météorologiques. Actuellement, cette tâche se fait par des fils mécaniques qui se rompent au déclenchement de l’avalanche, par des hélicoptères qui surveillent la zone pendant la détonation ou encore par des technologies radar permettant une surveillance à distance continue, en toutes conditions climatiques. Ces solutions présentent néanmoins des inconvénients notables : les fils mécaniques nécessitent d’être retendus après chaque événement, exposant potentiellement les techniciens à des risques, tandis que les hélicoptères ne peuvent opérer qu’en conditions météorologiques favorables et que les radars actifs exigent des licences de transmission.

Le radar passif, une alternative pour les zones éloignées

Le radar passif pourrait offrir une alternative viable pour la surveillance des avalanches. Contrairement aux radars actifs qui émettent de l’énergie électromagnétique, le radar passif utilise des signaux provenant des communications radio ou mobiles déjà présents dans l’environnement. Cette technologie ne requiert pas d’émission de faisceaux radar qui seraient réfléchis par un objet puis renvoyés au récepteur ; elle exploite des faisceaux existants. Le radar passif se distingue par son coût réduit, sa faible consommation d’énergie et sa facilité d’installation. De plus, il ne nécessite pas de licence de transmission.

« Le radar passif ne nécessitant pas d’antenne d’émission et utilisant moins de composants, son installation est plus simple et moins coûteuse. Il peut être mis en place sans licence », a indiqué le Dr. Diego Cristallini, chef de groupe à l’Institut Fraunhofer FHR. Toutefois, dans les régions montagneuses éloignées, les signaux radio sont souvent absents, obligeant les scientifiques à recourir aux signaux des constellations de satellites Starlink et OneWeb, qui offrent des services de satellites fixes (FSS) disponibles partout sur Terre.

Une étude de faisabilité mandatée par l’ESA-ESTEC a été menée pour déterminer si ces constellations de satellites sont aptes à la détection des avalanches, et plus précisément, à confirmer leur déclenchement après une détonation.

SAR et les images radar grâce aux satellites

« Les liaisons par satellite sont utilisées quand les réseaux terrestres sont indisponibles, surchargés ou perturbés. À l’image de OneWeb, Starlink est un service de satellites en orbite basse (LEO). Un grand nombre de satellites orbitent ainsi à basse altitude autour de la Terre. Cette proximité réduit la latence puisque la distance entre le sol et le satellite est d’environ quelques centaines de kilomètres », explique le Dr. Cristallini.

La multitude de satellites Starlink permet de produire des images radar continues de la surface terrestre : dès qu’un satellite disparaît à l’horizon, un autre apparaît, générant des images bidimensionnelles de la zone, facilement interprétables. « Nous parlons ici de radar à ouverture synthétique (SAR), qui permet d’obtenir des images des régions montagneuses éloignées bien au-delà de la simple détection. »

Les constellations de satellites sont disponibles en permanence comme source de signal. Les signaux électromagnétiques sont envoyés dans les régions montagneuses sous différents angles, révélant des zones qui seraient normalement cachées avec un seul émetteur.

En utilisant les données topographiques d’une montagne, le Dr. Cristallini et son équipe ont développé un environnement de simulation permettant de simuler des avalanches et d’évaluer leur détection par les signaux Starlink. Pour vérifier ces simulations prometteuses sur le terrain, les chercheurs ont utilisé leur système de radar passif pour détecter de petites coulées contrôlées dans une ancienne mine de basalte sur le Rhin, près de la ville allemande de Remagen. Ces coulées se produisent lorsque des excavatrices déversent leur charge dans une fosse encore ouverte.

« Les simulations et les tests pratiques ont démontré que le radar passif utilisant les signaux des constellations de satellites est adapté à la détection et à la confirmation des avalanches », a résumé le Dr. Cristallini.

Légende illustration : Tests pratiques dans une ancienne mine de basalte : L’antenne réceptrice droite du radar passif est alignée sur un satellite Starlink, tandis que l’antenne réceptrice gauche est orientée vers le glissement de terrain contrôlé. ©Fraunhofer FHR/Diego Cristallini

Source : Fraunhofer-Gesellschaft