Perçage laser de trous dans les nuages : une percée pour les données satellites à haut débit

• Les chercheurs veulent percer des trous dans les nuages pour transmettre l'information à haut débit.
• Ils utiliseront des filaments laser ultrarapides de haute intensité.
• La technologie n'a aucun impact négatif sur l'atmosphère.

Aujourd'hui, l'information à longue distance est transmise soit par ondes radio (via satellites), soit par fibres optiques souterraines. Cependant, le flux d'information augmente considérablement chaque année et il ne sera bientôt plus possible de satisfaire la demande quotidienne en transmettant des données uniquement par ondes radio.

Comme les ondes radio ont des longueurs d'onde plus longues (par rapport au laser), elles limitent la quantité de données transférables. De plus, leurs bandes de fréquences disponibles sont limitées et de plus en plus coûteuses.

C'est pourquoi les chercheurs se tournent désormais vers les techniques laser, bien plus complexes que les fréquences radio mais offrant de nombreux avantages en termes de sécurité. Actuellement, les barrières atmosphériques constituent l'un des principaux obstacles aux communications optiques en espace libre (FSO).

Maintenant, des chercheurs de l'Université de Genève, en Suisse, ont mis au point une technique consistant à percer des trous dans les nuages pour ouvrir la voie à l'information transmise par laser depuis un satellite.

Perçage des nuages

Les lasers à ultracourtes longueurs d'onde peuvent transporter dix mille fois plus de données que les ondes radio, et il n'y a pas de limite au nombre de canaux. Cependant, ces faisceaux ultrarapides ne peuvent pas pénétrer le brouillard et les nuages. Ainsi, par mauvais temps, vous ne pouvez pas réellement transmettre de données avec des lasers.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs développent davantage de stations au sol capables de recevoir des signaux laser dans différentes régions. L'objectif est de sélectionner la ou les stations ciblées par le ou les satellites en fonction de la météo.

Ce type de solutions existe déjà, mais la transmission de données dépend toujours des conditions météorologiques. De plus, cela modifie la configuration du ou des satellites – un problème sérieux qui doit être traité en amont de la communication.

Pour l'instant, la seule solution efficace est de créer un trou à travers les nuages pour transmettre le faisceau laser qui transporte l'information. Dans cette étude, les auteurs ont fait quelque chose de similaire : ils ont construit un laser ultrarapide de haute intensité qui chauffe l'air à plus de 1750 Kelvin et génère une onde de choc pour expulser radialement les gouttelettes d'eau hors du faisceau de l'air qu'il balaye. Cela produit un trou de plusieurs centimètres de large sur toute l'épaisseur du nuage.

Référence : arXiv:1810.09800 | Université de Genève

Ils ont utilisé la même technologie laser qui a reçu le prix Nobel de physique 2018 (pinces optiques). Il suffit de maintenir le faisceau sur le nuage et il transportera des données télécoms à haut débit, sa fréquence se situant dans la gamme des kilohertz.

Crédit : UNIGE/Xavier Ravinet

Selon les chercheurs, c'est la première méthode active qui ouvre un lien optique à travers les nuages et les brouillards. Le laser de haute puissance de crête produit un chemin local sans nuages avec une diffusion de Mie réduite pour le second faisceau modulé. Ils affirment également que leur technologie n'a aucun impact négatif sur l'atmosphère.

Combien de temps pour la mise en œuvre ?

Les chercheurs testent actuellement les lasers sur des nuages artificiels d'une épaisseur de seulement 50 centimètres mais 10 000 fois plus denses que les nuages atmosphériques. Les lasers fonctionnent très bien dans cette configuration, même lorsque le nuage est en mouvement.

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Dans la prochaine phase de test, ils utiliseront des brouillards et nuages plus épais (jusqu'à 1 000 mètres d'épaisseur) avec différentes densités et altitudes. C'est une étape cruciale vers la communication laser par satellite commerciale, et les chercheurs pensent que la technologie sera mise en œuvre mondialement d'ici 2025.