Territoire et mobilité

Nettoyer l’espace

En décembre 2020, l’Agence spatiale européenne – ESA – signait un contrat de 86 millions d'euros avec la start-up suisse ClearSpace SA pour le premier retrait d'un débris spatial de son orbite. Une mission dans laquelle la HEIG-VD joue un rôle crucial, puisqu’elle est chargée de développer l’intégralité du radar longue distance sur le satellite ClearSpace-1, dont le lancement est prévu en 2025.

95% de tous les satellites artificiels en orbite terrestre basse sont des débris : propulseurs de fusée, satellites abandonnés et, surtout, minuscules fragments de débris provenant de collisions et d'explosions. La menace de retombées de débris orbitaux en cascade, appelée syndrome de Kessler, constitue un danger environnemental invisible aux conséquences potentiellement désastreuses pour nos infrastructures et pour l’avenir du vol spatial. Le projet ADRIOS – pour Active Debris Removal/In-Orbite Servicing – consiste au développement d’un radar longue distance pour le premier vaisseau spatial au monde actif dans l’enlèvement de ces débris. Le radar sera capable de détecter à plus d’un kilomètre de distance un amas de 1,5 mètre devant être désorbité.

Un premier pas avant le grand nettoyage

La HEIG-VD endosse un rôle capital dans le cadre de la mission de démonstration qui sera lancée en 2025 ; il s’agira de capturer et de désorbiter Vespa Upper Part, l’adaptateur d’un satellite secondaire appartenant au lanceur européen Vega. Par la suite, la HEIG-VD assumera la phase commerciale qui verra des lancements réguliers de satellites de service. Chacun d'entre eux désorbitera plusieurs objets (satellites en panne ou débris de fusée) au cours de missions durant plusieurs années. C’est le début d’une longue collaboration entre ClearSpaceSA et la HEIG-VD, qui devrait permettre le développement d’autres solutions innovantes pour les défis qui se posent dans le cadre de ces futures missions de nettoyage de l'espace.

Comment capturer et désorbiter les débris spatiaux ?

Les objets en orbite terrestre basse mesurant plus de 10 cm de diamètre sont détectés depuis le sol à l'aide de technologies radar et, dans certains cas, de télescopes. Sur la base des observations radar, les orbites d'objets spécifiques sont recensées afin de déterminer l'orbite complète de chaque objet. Les objets observés sont ensuite liés à des satellites existants ou à des événements de collision spécifiques et catalogués dans une base de données. Pour capturer et désorbiter un débris, il faut un radar pour le localiser précisément lors de l’approche, puis une caméra pour estimer ses « postures », les débris pouvant tourner de façon incontrôlée. Il faut ensuite synchroniser le mouvement du « chasseur » et de la cible avant de la capturer. La sélection du mécanisme de capture et des capteurs pour cette opération a nécessité des années de recherche.

« Le projet ADRIOS, c’est le développement d’un radar longue distance pour équiper le premier vaisseau spatial chargé de capturer et de désorbiter les débris de l’espace »

Symcore : une petite révolution dans le domaine de l’encodage des représentations cartographiques

Résultat d'une collaboration entre la HEIG-VD et le CNRS au sein de l'Open Geospatial Consortium pour faire avancer les standards techniques de cartographie en ligne, SymCore est né en octobre 2020, après une période de gestation de presque 20 ans.

SymCore, pour Symbology Conceptual Core Model, est un nouveau standard international qui va profondément modifier l’encodage des représentations cartographiques, validé par l’OGC, l’Open Geospatial Consortium. L’aventure commence en 2001 ! L'Institut d'ingénierie des Médias (MEI) présentait alors les résultats du projet Mediamaps ; il s’agissait de remplacer les pixels, qui rendaient le zoom sur les représentations cartographiques présentes sur Internet peu pratique, par des vecteurs. Sous la forme de points, de lignes ou de polygones, ces vecteurs sont simplement définis dans l’espace, en termes géométriques. Il convient ensuite de leur associer quelque attribut graphique pour qu’au final ils se dessinent sur une carte dans le navigateur.

S’atteler aux standards de symbologie

Pour finaliser ces représentations graphiques, il faut faire appel à la symbologie. Devenu membre de l’OGC en 2009, le MEI propose d’y réactiver un groupe de travail justement dédié aux standards de symbologie, un thème pratiquement abandonné depuis 2002. Accompagné par un chercheur du CNRS, Erwan Bocher, le professeur Olivier Ertz du MEI devient responsable de ce groupe. Après des années de travail, le projet SymCore naît de ce groupe de travail.

Un bio-filtre photosynthétique pour épurer l’eau et extraire des bioproduits

Piloté par l’Institut de Génie Thermique (IGT) de la HEIG-VD, le projet MENA développe un réacteur à bio-filtre photosynthétique qui, utilisé en circuit fermé, permet d’optimiser la qualité de l’eau d’aquaculture en retirant l’azote ammoniacal au moyen de micro-algues.

Comment cela fonctionne-t-il ? On fournit à ces micro-algues du CO2 ; elles assimilent ces deux éléments pour les transformer en biomasse et en oxygène. Riche en acides gras polyinsaturés, la biomasse ainsi produite constitue un aliment particulièrement bien adapté pour nourrir le zooplancton utilisé pour l’alimentation des alevins de poissons.

« Ce projet est financé par l’Innovation Starting Grants du Leading House for the Middle East and North Africa (MENA) du Secrétariat d'État à la formation, la recherche et l'innovation (SEFRI) de la Confédération via la HES⁠-⁠SO »

Remonter le temps, et le cartographier

Les instituts d'ingénierie des Médias (MEI) et d’ingénierie du territoire (INSIT) renforcent leur collaboration pour développer des projets autour de la plateforme Smapshot, qui conjugue cartographie et médias numériques, et s’étend désormais à l’international, en Autriche et au Brésil.

Lancée en 2017 et développée grâce à l’expertise en géomatique d’INSIT et aux compétences en communication numérique du MEI, la plateforme Smapshot rencontre un immense succès en Suisse. Ce sont près de 650 participant·e·s qui ont jusqu’à présent utilisé cet incroyable outil pour géolocaliser sur une carte en 3D des photographies historiques du paysage. Plus de 180’000 photographies ont déjà été référencées.

Smapshot traverse l’Atlantique

De la Suisse à Rio, il n’y a qu’un pas. Remarquée par l’Université de Rice aux États-Unis, Smapshot connaît un nouveau développement outre-Atlantique. Un centre de recherche en sciences humaines de cette Université a de son côté développé un atlas historique permettant de naviguer spatialement et temporellement dans des cartes et des documents d’archives de la région de Rio de Janeiro, au Brésil. ImagineRio a trouvé en Smaphot un outil pertinent pour compléter son développement. En effet, la plateforme développée par la HEIG-VD lui fournit un moyen de géolocaliser précisément, en trois dimensions, les nombreuses images qui documentent l’évolution du territoire. Cet aspect est particulièrement intéressant dans la région de Rio qui a connu une importante évolution de son relief. Par exemple, des collines entières ont été nivelées pour remblayer des zones maritimes. Il a été nécessaire d’adapter Smapshot pour afficher le relief des différentes époques.

Au croisement de la géomatique, du multimédia et des humanités digitales

Smapshot et ImagineRio, pourtant relativement proches dans leurs objectifs, ont été développées par des communautés très différentes. Là où Smapshot est un défi technologique, issu du secteur très spécialisé de la géoinformatique, ImagineRio relève d’un besoin culturel, pensé par la communauté des humanités digitales. L’échange de points de vue est ainsi très riche et permet de mieux comprendre les besoins des gestionnaires de banques d’images. Par exemple, ce projet a donné une impulsion pour implémenter le support du format d’image IIIF qui est de plus en plus répandu chez les archivistes.

Un partenariat prometteur

Grâce à ce partenariat, la communauté open source aura bientôt accès au cœur de Smapshot. En effet, un développement sous licence de logiciel libre était la condition sine qua non pour intégrer imagineRio. L’important travail nécessaire pour publier un code en open source est également supporté par un financement de l’Office fédéral de la topographie. Grâce à ces développements, non seulement le code source de Smapshot, mais également son interface de programmation applicative, seront rendus accessibles au plus grand nombre.
L’objectif est de documenter des millions de photographies « augmentées », à savoir horodatées et positionnées dans l’espace. Au-delà d’une réponse potentielle à la question « comment était-ce ici avant ? », et avec les progrès récents de l’analyse de données, cette alliance entre technique et culture est prometteuse pour les humanités digitales.

« Une rencontre entre technique et culture qui promet des débouchés inédits pour les humanités digitales »

Un instrument d’optique adaptative de la HEIG-VD en Turquie

En février 2020, le laboratoire Optolab de l’Institut d’Automatisation Industrielle (IAI) délivrait à l’Université d’Isik à Istanbul un instrument scientifique permettant de réaliser des observations à très haute résolution angulaire depuis le sol.

Cet instrument, qui permet des observations exemptes d’effets indésirables de l’atmosphère terrestre, sera installé sur un nouveau télescope de 4 mètres (DAG - Dogu Anadolu Gozlemevi) à proximité de la Ville d’Erzurum. L’IAI a également participé à la conception de ce télescope. Une belle aventure scientifique, technique et humaine, qui a permis à la HEIG-VD de tisser des liens forts avec la communauté scientifique turque, une communauté jeune et très ouverte sur le monde, avec laquelle la Haute École continue à collaborer à travers d’autres projets, existants (détecteur d’exoplanètes, optiques de contrôle du télescope) ou à venir.

Projet INDG Station-Libre

L'un des appareils les plus utilisés dans le domaine de la géomatique est la station totale robotisée ; cette dernière permet de mesurer des angles et des distances automatiquement. Cependant, ce système nécessite une mise en station : pour l’utiliser, il faut connaître précisément sa position planimétrique, altimétrique et son orientation, de la même façon que pour utiliser une carte, il faut savoir dans quelle direction se trouve le nord et où l’on se situe. La HEIG-VD développe une méthode innovante pour déterminer la position de cet instrument à l’aide d’un drone.

Pour la mise en station, il est nécessaire de mesurer des points dont on connaît précisément les coordonnées. Ces points doivent être matérialisés par différents éléments au sol (souvent des chevilles ou des bornes). Aujourd’hui, nous avons fréquemment recours à des points provisoires déterminés à l’aide d’un système de positionnement par satellites GNSS (Géolocalisation et Navigation par un Système de Satellites), un GPS de haute précision (en mode RTK). Ces points sont ensuite mesurés avec la station totale robotisée. Ce système a ses limites : en fonction de la configuration du terrain (végétation dense, bâtiments), il arrive que l'utilisation du GNSS au sol soit impossible.

Une solution simple, de nombreux défis

La nouvelle méthode développée par l’Institut d'ingénierie du territoire (INSIT) permet de contrer ces difficultés. Si l’utilisation du GNSS au niveau du sol n’est pas possible, celui-ci est placé sur un drone qui se trouve au-dessus des canaux d'obstructions. Si le concept est logique, la réalisation est complexe. Cette méthode nécessite en effet la réalisation des mesures avec la station totale robotisée sur le drone en mouvement de façon simultanée avec la mesure GNSS, ce qui engendre un défi au niveau de la synchronisation à distance. D’autre part, la communication entre le drone et la station totale doit être fluide, ce qui rend le pilotage des différents systèmes à distance complexe. Enfin, il est nécessaire de développer une suite d’algorithmes fiables qui permet de calculer les éléments de la mise en station, ce qui engendre la nécessité de combiner les données GNSS avec la station totale robotisée.

En mouvement avec la HEIG-VD : le DAS en mobilité

Créé en 2020, le DAS – Diploma of Advanced Studies – en ingénierie de la mobilité offre une formation en planification et gestion de la mobilité, planification et exploitation des transports publics et aménagement de l’espace public urbain. Il est accessible, moyennant le passage d’un examen, aux personnes ayant suivi et réussi les trois CAS – Certificate of Advanced Studies – actuellement proposés par la HEIG-VD dans le domaine de l’ingénierie de la mobilité. Une première session d’examens sera organisée en 2021.