Why Is It So Easy To Disrupt GPS?

En novembre 2024, le professeur Todd Humphreys, expert en GPS à l'Université du Texas à Austin, a reçu une information intrigante. Il lui a été conseillé d'examiner deux jours précis, à des moments exacts, dans un ensemble de données collectées des années auparavant par un réseau de stations de surveillance GPS. Ces stations enregistrent en continu les signaux des systèmes de navigation par satellite, mesurant leur intensité par rapport au bruit de fond. L'idée ne semblait pas prometteuse : les données dataient de 2021 et étaient publiquement disponibles en ligne. Si quelque chose d'inhabituel s'y trouvait, quelqu'un l'aurait certainement déjà découvert. Cependant, le professeur Humphreys et son étudiant Zach Clements ont examiné les données aux moments suggérés et ont fait une découverte surprenante. À un instant précis, les récepteurs de tout le réseau ont signalé la même chose : une chute soudaine du rapport signal/bruit. En effet, les signaux de navigation avaient été submergés. Le rapport signal/bruit mesuré a chuté d'environ un facteur 10. En remontant dans les données, ils ont identifié 75 jours depuis 2019 où ces perturbations majeures avaient eu lieu. Et à chaque fois, le schéma était identique : tous les récepteurs ont enregistré la même baisse au même moment. Cet effet était ressenti dans toute l'Europe, du nord (Svalbard) au sud (Espagne), et jusqu'au Canada à l'ouest, et à l'est jusqu'à la Pologne orientale. La zone d'origine semblait se situer en Pologne ou dans la région de Kaliningrad. Les chercheurs se sont demandé quelle pouvait être la cause. Initialement, ils ont envisagé une interférence terrestre, un signal beaucoup plus puissant émis depuis le sol qui noierait les signaux satellitaires. Kaliningrad, une enclave russe fortement militarisée sur la mer Baltique, coincée entre la Pologne et la Lituanie, et devenue un point chaud pour la guerre électronique, était un candidat intéressant. Mais cette explication s'est avérée insuffisante. Même la plus haute tour de Kaliningrad n'aurait qu'un impact limité, atteignant au mieux le Danemark. Il s'agissait donc d'un mystère. L'interférence habituelle était locale, couvrant quelques centaines de kilomètres. Ceci était d'une échelle continentale. Les chercheurs ont cartographié toutes les stations affectées et ont posé une question simple : quelle source aurait pu affecter toutes ces stations simultanément ? Une source terrestre était impossible en raison de la courbure de la Terre qui bloquerait le signal sur de telles distances. La seule façon d'affecter une zone aussi vaste simultanément serait depuis une altitude très élevée. En utilisant les hypothèses les plus conservatrices, même si la source devait juste être à l'horizon de chaque station, la géométrie indiquait une altitude d'au moins 1 200 kilomètres, bien au-delà de la Station Spatiale Internationale. Alors, qu'est-ce qui causait cela ? Le Soleil est une source connue d'interférences radio venant de l'espace. En novembre 2025, une tempête solaire majeure avait perturbé le positionnement GPS mondial pendant plusieurs heures. Pourraient-ils être causés par le Soleil ? Il y avait des doutes. Les interférences solaires s'accumulent et s'estompent généralement sur des dizaines à des centaines de secondes. Ces événements étaient abrupts, des rafales courtes de seulement trois à cinq secondes. Une autre observation importante concernait les fréquences perturbées. Les interférences solaires couvrent généralement une large gamme de fréquences radio, tandis que cette interférence était confinée à une bande très étroite, seulement cinq mégahertz de large, centrée à 1 577,5 mégahertz, pile dans la partie du spectre utilisée par le GPS. De plus, les éruptions radio solaires affectent tout le côté ensoleillé de la Terre, alors que ce phénomène était beaucoup plus concentré sur l'Europe. Todd et Zach ont donc conclu que la seule explication plausible était un satellite. La question restait : était-ce intentionnel ou accidentel ? Ils ont qualifié cela d'inédit. Ce satellite semblait cibler le GPS, ou plus précisément les Systèmes de Navigation Globale par Satellite (GNSS), qui incluent les systèmes américain, russe, européen et chinois. Le fonctionnement du GPS repose sur l'écoute des signaux de plusieurs satellites. Ces signaux fournissent la position du satellite et l'heure exacte d'envoi. En comparant le temps d'envoi et le temps de réception, le récepteur calcule la distance au satellite. Avec un seul satellite, cela place l'utilisateur sur une sphère. Deux satellites réduisent la position à l'intersection de deux sphères, et trois à deux points possibles, dont un sur Terre. Cependant, pour obtenir une position précise, quatre satellites sont nécessaires. Les trois premiers satellites permettent de calculer la position tridimensionnelle (x, y, z), mais les horloges des téléphones ne sont pas aussi précises que les horloges atomiques des satellites. Une erreur de synchronisation de seulement 100 nanosecondes peut entraîner une erreur de position de 30 mètres. Pour corriger cela, il faut tenir compte de l'erreur de l'horloge du récepteur (b), ce qui ajoute une quatrième inconnue. L'ajout d'un quatrième satellite fournit la quatrième équation nécessaire pour résoudre le système. Une hypothèse clé est que le récepteur connaît la position du satellite. Les satellites GPS sont surveillés par des stations au sol qui savent où elles se trouvent. Pour déterminer la position des stations au sol, on utilise des quasars, des sources radio extrêmement brillantes situées à des milliards d'années-lumière. Leur position quasi fixe dans le ciel permet d'établir des points de référence. Les différences infimes dans le temps d'arrivée des ondes radio des quasars aux télescopes terrestres permettent de déterminer précisément la position relative des télescopes et d'établir une carte du mouvement de la Terre, y compris celui des continents. Les stations au sol GPS sont intégrées à cette carte. En réalité, un téléphone utilise bien plus que quatre satellites pour compenser diverses erreurs. Les effets de la relativité spéciale et générale, la rotation de la Terre pendant la transmission du signal, la traversée de l'atmosphère (ionosphère et troposphère) introduisent des erreurs qui peuvent atteindre plusieurs dizaines de mètres. Les satellites supplémentaires permettent de mieux séparer ces erreurs et d'affiner la position, atteignant une précision de 3 à 5 mètres, voire quelques centimètres avec des technologies GNSS avancées. Le signal GPS, transmis avec environ 50 watts à 20 000 kilomètres de distance, est extrêmement faible à l'arrivée (environ 10^-16 watts). Il suffit donc d'une source de bruit à la même fréquence pour le submerger, un phénomène appelé brouillage (jamming). Les systèmes de navigation utilisent le spectre radio entre 1,1 et 1,6 gigahertz, une bande protégée car elle est essentielle à plusieurs systèmes. Le brouillage délibéré est illégal dans la plupart des pays. Le fait que ces interférences aient été observées sur une échelle continentale a conduit à s'interroger sur leur origine. Si elles avaient été aléatoires, dues à une défaillance satellitaire, elles auraient dû se produire de manière égale un jour de semaine ou un week-end. Or, les données ont révélé que ces événements se produisaient principalement les mardis, mercredis et jeudis, pendant les heures de bureau en Europe. Cela suggérait une intervention humaine, mais pas nécessairement malveillante. La recherche de la source s'est avérée complexe en raison des nombreuses inconnues. Un brouilleur au sol peut être localisé par la force du signal, mais une source dans l'espace rend cette méthode inefficace sans connaître la puissance de transmission du satellite, la forme de son faisceau, et la réponse des antennes des récepteurs. Les chercheurs ont utilisé une contrainte géométrique : si un satellite a causé des interférences sur toutes les stations au même moment, il devait être au-dessus de l'horizon pour toutes. Parmi les plus de 15 000 satellites en orbite, cela a permis d'éliminer plus de 98 %. Il restait environ 200 satellites en haute orbite, notamment dans la ceinture géostationnaire. Si le même satellite était responsable de plusieurs événements sur différents jours, le nombre de suspects potentiels a été réduit à 14. Parmi ces 14, un satellite algérien semblait un candidat intéressant, car il disposait sur papier d'un transmetteur dans la même bande de fréquences. Il était visible par toutes les stations et pouvait transmettre dans la bande concernée. Cependant, pour les stations les plus éloignées, comme en Svalbard et dans le Groenland occidental, ce satellite était à peine au-dessus de l'horizon, ce qui impliquait que le signal devait frôler la Terre. De plus, l'analyse des données GNSS de ce satellite pendant les événements d'interférence a montré qu'il était lui-même affecté de la même manière que les autres signaux GPS, indiquant qu'il était une victime et non la source. Les 13 autres suspects potentiels présentaient des problèmes : aucun n'avait de documentation publique claire indiquant une capacité de brouillage dans les bonnes fréquences, et certains avaient très peu d'informations publiques. Les chercheurs étaient bloqués pendant quatre mois. Un problème plus fondamental était l'hypothèse d'une source unique. Si cette hypothèse était abandonnée, le nombre de satellites potentiels s'élargirait considérablement. Une nouvelle approche était nécessaire. Les données disponibles provenaient de récepteurs GNSS qui traitaient les informations en interne, ne fournissant qu'une mesure du signal par seconde. Les rafales de brouillage de 3 à 5 secondes n'étaient capturées que par quelques échantillons, empêchant de déterminer précisément le moment de l'arrivée et de comparer les récepteurs. Il fallait le signal radio brut. Ils ont donc conçu des récepteurs spécialisés pour capturer les données à une résolution temporelle beaucoup plus élevée. En septembre 2025, ils ont rendu leur enquête publique à une conférence de navigation. La réponse a été immédiate, suscitant un effort communautaire pour résoudre le problème. Le Centre aérospatial allemand a proposé d'utiliser un grand plat de suivi pour pointer vers les satellites candidats et tenter de capturer l'interférence en temps réel, mais sans succès. Des semaines plus tard, un email est arrivé avec des données brutes de