Les smartphones, outils de mesure de l’état de l’ionosphère

A la fin de cette lecture, vous ne regarderez plus les smartphones de la même manière. Grâce à leurs capteurs de mouvement, ils étaient connus pour être capables de mesurer les tremblements de terre. Avec leurs objectifs photographiques, ils se transforment en microscopes. Certains parlent même de « smartphonics » pour désigner toutes les expériences optiques, magnétiques et mécaniques que l’on peut réaliser avec ces appareils.

Désormais, grâce à une équipe de Google en Californie, associée aux universités de Harvard (Massachusetts) et du Colorado, nous apprenons, en Nature du 13 novembre, qu’ils peuvent également être utilisés pour voir ce qui se passe au-dessus de nos têtes, à des centaines de kilomètres au-dessus du niveau de la mer, dans l’ionosphère. Cette couche de l’atmosphère, située entre 50 et 1 500 kilomètres, est ionisée, c’est-à-dire riche en particules chargées, comme des électrons, apparaissant suite aux collisions du rayonnement solaire avec des molécules du ciel. Il permet aux ondes radio de parcourir de grandes distances et abrite les magnifiques aurores boréales. De nombreux satellites y circulent.

Cette région est également soumise à des perturbations qui, à leur tour, affectent la qualité des transmissions. Les 3 et 4 février 2022, trente-huit satellites de la constellation Starlink de la société SpaceX ont été perdus à cause d’un surplus d’électrons apportés par un vent solaire. Le 18 novembre 2023, l’explosion à 149 kilomètres d’altitude du lanceur Starship de la même société a « troué » l’ionosphère pendant une heure. Le 15 janvier 2022, l’éruption du volcan sous-marin Hunga Tonga (Tonga) a brièvement dépouillé une zone de l’ionosphère de ses électrons.

Pour surveiller ces aléas aux conséquences importantes, les terriens disposent de satellites et de 9 000 stations au sol captant les signaux des satellites de localisation (GPS, Galileo, Glonass…). Ces derniers ont en effet besoin de connaître l’état de l’ionosphère entre la station et le satellite pour permettre une localisation précise. Car les particules peuvent retarder le signal et donc rendre cette position plus incertaine. Quelques centaines de nanosecondes en moins se transforment en dizaines de mètres d’erreur au sol… Ces stations estiment en permanence l’état de l’atmosphère et permettent de compenser les défauts créés par ses humeurs.

L’unité fait la force

Mais la couverture du globe n’est pas complète. D’où l’idée d’utiliser des smartphones équipés de puces GPS pour effectuer ces mesures partout et facilement. Elle repose sur deux avantages. La première est que les puces modernes utilisent au moins deux fréquences, qui ne sont pas affectées de la même manière par les perturbations de l’ionosphère. La concentration électronique est évaluée en comparant les temps d’arrivée de ces deux signaux.

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