Une recherche UCLouvain visant à fiabiliser les communications spatiales distinguée par l’Académie royale de Belgique

Récompensé par le Prix Georges Vanderlinden pour la période 2021-2024, Florian Quatresooz voit ses travaux doctoraux distingués pour leur contribution à un enjeu clé des télécommunications de demain : fiabiliser les communications optiques entre satellites et la Terre, perturbées par les turbulences atmosphériques.

Attribué par la Classe des sciences de l’Académie royale de Belgique lors de sa séance annuelle, le Prix Georges Vanderlinden en électromagnétisme et télécommunications a salué la qualité exceptionnelle des recherches menées par Florian Quatresooz au sein de l’Information and Communication Technologies, Electronics, and Applied Mathematics (ICTEAM) à l’UCLouvain. Sa thèse, menée sous la direction de Claude Oestges, propose de nouveaux modèles et outils de monitoring capables de mieux mesurer et prédire les turbulences atmosphériques, un frein majeur au déploiement à grande échelle des communications optiques spatiales. Aujourd’hui chercheur postdoctoral à l’Office national français d'études et de recherches aérospatiales (ONERA) et collaborateur scientifique à l’UCLouvain, il contribue à rendre ces technologies plus fiables et opérationnelles.

Entretien avec Florian Quatresooz

Votre travail porte sur les turbulences atmosphériques, qui perturbent les signaux optiques. Pourquoi est-ce un problème si complexe à modéliser, et qu’avez-vous apporté de nouveau pour mieux les prévoir ?

« Les turbulences atmosphériques provoquent des variations locales de l’indice de réfraction de l’air, influençant directement la propagation de la lumière. Ce phénomène, bien connu en astronomie, explique par exemple le scintillement des étoiles ou l’aspect flou d’une route chauffée en été.
Leur modélisation constitue un défi majeur, car elle implique de nombreuses échelles spatiales et temporelles : des phénomènes très locaux (millimétriques) influencent des échelles beaucoup plus larges (jusqu’au kilomètre). On utilise donc des modèles statistiques, qui permettent non pas de prévoir la turbulence elle-même, mais d’en estimer l’intensité et son impact sur les signaux optiques, afin d’évaluer la faisabilité des communications.
Mes travaux ont essentiellement porté sur la validation et le développement de ces modèles, permettant d’estimer et de prédire la force de la turbulence pour les communications optiques. En m’appuyant sur les modèles existants dans le domaine astronomique, nous avons identifié leurs limitations pour les communications optiques. Nous avons également développé des modèles prédictifs, basés sur des simulations météorologiques. »

En quoi vos résultats rapprochent-ils concrètement la mise en place de réseaux de communication optique fiables entre l’espace et la Terre ? Est-ce une technologie que l’on pourrait voir se généraliser dans les prochaines années ?

« Grâce aux modèles développés, il devient possible d’identifier les sites les plus adaptés pour installer des stations sol de communication optique et de concevoir des systèmes plus robustes face aux turbulences. Ils permettent aussi d’anticiper l’impact des conditions atmosphériques sur les performances et d’optimiser l’exploitation des réseaux.
Les communications optiques entre satellites et Terre sont en plein essor, portées par l’augmentation des données à échanger et du nombre de satellites en orbite. Elles promettent une meilleure connectivité mondiale et un rapatriement plus efficace des données d’observation ou d’exploration spatiale. Elles offrent aussi une sécurité accrue, grâce à la faible divergence des faisceaux, et ouvrent la voie à la cryptographie quantique. »

Qu’est-ce que ce prix représente pour vous, à ce stade de votre parcours ?

« Recevoir le Prix Georges Vanderlinden est une grande fierté et une reconnaissance du travail accompli durant mes années de doctorat. Je suis très honoré de l’avoir reçu en tant que jeune chercheur, à un stade encore précoce de ma carrière. C’est une source de motivation pour la suite de mes recherches. »

Quelle est la direction suivie pour la suite de vos travaux ?

« Je poursuis mes recherches en postdoctorat, cofinancé par l’ONERA et l’Agence spatiale européenne (ESA), dans la continuité de ma thèse à l’UCLouvain, en approfondissant la modélisation de la turbulence pour les communications optiques.
J’ai accès à des données issues de campagnes expérimentales entre satellites et stations de l’ONERA et de l’ESA, ce qui permet de valider les modèles et d’évaluer concrètement les performances des liens optiques.
À terme, l’objectif est de généraliser ces modèles à l’ensemble des stations européennes afin d’optimiser leur utilisation et de renforcer la fiabilité des communications entre satellites et sol. »

Photos © Académie royale de Belgique - Alberto Fernandez Muñoz