Système Argos

Le système Argos est un système mondial de localisation et de collecte de données géo-positionnées par satellite. Il permet de localiser n'importe où à la surface de la Terre tout mobile (véhicule, bateau, bouée, animal) équipé d'un émetteur compatible avec le système. Il peut également collecter des données fournies par des capteurs connectés à l'émetteur. Le système Argos est utilisé par des programmes d'étude et de protection de l'environnement, de sauvegarde de la vie humaine et des projets d'intérêt gouvernemental.

Balise Argos embarquée sur navire.

Le système Argos est opérationnel depuis 1978. Il résulte initialement d'une coopération franco-américaine entre l'agence spatiale française du CNES, l'agence météorologique américaine de la NOAA) et la NASA auxquelles se sont jointes par la suite l’organisation qui gère des satellites météorologiques européens EUMETSAT ainsi que les agences spatiales japonaise (JAXA) et indienne (ISRO). Le système Argos est géré par les sociétés CLS (Collecte Localisation Satellites) et Kinéis filiales du CNES dont les sièges sont dans la banlieue de Toulouse.

Les composants du système Argos sont les balises (ou plateformes), les récepteurs Argos embarqués sur des satellites, les stations de réception des signaux Argos et les centres de traitement. La balise, fixée sur le mobile (bateau, bouée, animal) et qui peut ne peser que quelques grammes, émet de manière continue sur une fréquence radio réservée au système un message qui comporte un identifiant et éventuellement des données complémentaires. Le signal est capté par les récepteurs embarqués sur des satellites qui circulent tous sur une orbite polaire. Ces récepteurs retransmettent les données aux stations de réception lorsqu'ils les survolent puis le signal est acheminé jusqu'aux centres de traitement situés à Toulouse et Woods Hole (États-Unis) qui les redistribuent aux utilisateurs finaux. La spécificité du système Argos est l'utilisation de l'effet Doppler sur le signal radio émis par la balise pour déterminer sa position. L'architecture du système Argos permet de concevoir des balises très légères (jusqu'à 3 grammes) et pouvant fonctionner plusieurs mois qui peuvent être installées sur des animaux de petites tailles.

Courant 2025, le système compte 14 000 balises opérationnelles, 1000 bouées équipées de balises , 9 satellites et 60 stations de réception. Le système de réception à bord des satellites a évolué. Sa quatrième évolution ARGOS-4 introduite en 2022 permet de collecter un volume de données plus important par message et comporte une version miniaturisée du récepteur qui a permis son emport sur les 25 nano-satellites de la constellation de satellites Kinéis devenue opérationnelle mi-2025.

Historique

Le système Argos^{[Note 1]} est créé en 1978 par l'agence spatiale française (le Centre national d'études spatiales ou CNES),l'agence américaine d'étude de l'atmosphère et de l'océan (NOAA) et l'agence spatiale américaine (NASA). C'est un système mondial de collecte, de traitement et de diffusion d'informations provenant de plateformes mobiles (balises) avec une couverture s'étendant au monde entier grâce à l'utilisation de système de recueil des données reposant sur des satellites circulant sur une orbite polaire. Il est conçu initialement comme un outil de collecte de données pour la recherche météorologique et océanographique avec des balises installées sur des bouées dérivantes. Par la suite il est utilisé pour suivre le déplacement d'espèces animales grâce au recours à des balises miniaturisées. Il vient ainsi compléter les systèmes de radiotracking utilisant un récepteur terrestre. Une application très médiatisée est le suivi des courses de voiliers hauturiers qui a permis de localiser les navires en détresse. De nos jours le système Argos est utilisé de manière quasi exclusive pour l'étude et à la protection de l'environnement dans de nombreux pays^[1].

La gestion du système Argos est confiée dans les années 1980 au CNES à sa filiale CLS (Collecte Localisation Satellites) pour le monde entier. Le centre de traitement des données Argos est basé à Ramonville-Saint-Agne, à côté de Toulouse.

En 2025 14 000 balises et 1000 bouées, réparties dans le monde entier, sont équipées de balises sont opérationnelles (21 000 en 2014^[2]). Elles relèvent de 2 000 projets distincts lancés par plus de 1000 pays. Les États-Unis représentent un tiers des utilisations^[3].

Présentation du système Argos

Schéma du fonctionnement du système Argos.

Le système Argos se distingue par la faible consommation électrique et la miniaturisation très poussée de ses balises qui permettent de les fixer sur des oiseaux ou des mammifères de petite taille et de fonctionner ainsi plusieurs mois. Parmi les nombreuses autres applications utilisant le système Argos, on peut citer les bouées météorologiques dérivantes et les flotteurs profilants. Le système Argos se distingue de plusieurs manière des autres systèmes de localisation satellitaires :

• Contrairement à un systèmes de positionnement par satellite tels que le GPS, la position déterminée par le système est transmise à un utilisateur final et non à la balise.
• Il utilise le principe de l'effet Doppler pour déterminer la position du mobile.

Le fonctionnement des balises Argos est par contre très voisin, dans son principe, du système Cospas-Sarsat destiné à fournir des informations d'alerte et de localisation de balises de détresse.

Principes de fonctionnement

Le système Argos comprend les balises, les récepteurs Argos embarqués sur les satellites, les stations de réception des signaux Argos et les centres de traitement^[4] :

• La balise (ou plateforme), fixée sur le mobile (bateau, bouée, animal) et qui peut ne peser que quelques grammes, émet de manière continue sur une fréquence radio réservée au système un message qui comporte l'identifiant de la balise et éventuellement des données complémentaires dont la position GPS.
• Le signal radio de la balise est capté par des équipements spécialisés embarqués en tant que charge utile secondaire sur des satellites qui circulent tous sur une orbite polaire à une altitude comprise entre 650 et 850 km. La localisation des balises qui ne transmettent par leur position GPS, se fait en analysant l'effet Doppler de plusieurs messages successifs reçus lors d'un survol. L'équipement Argos retransmet les messages reçus aux stations de réception Argos lorsque le satellite les survolent.
• Les stations de réception transmettent en temps réel les messages reçus aux centres de traitement.
• Les centres de traitement, situés à Toulouse et Woods Hole (États-Unis), analysent les messages, déterminent la position de la balise puis mettent à disposition le produit final aux aux utilisateurs sur un site internet dédié.

Émission des message par les balises

Carte électronique d'un émetteur Argos (masse 3 grammes).

Renard arctique équipé d'une balise Argos.

La balise Argos émet un message radio sur la fréquence 401,65 MHz ± 40 kHz avec une périodicité comprise entre 90 et 200 secondes selon le type de balise et les données présentes dans le message. La durée de transmission d’un message est inférieure à une seconde. Si la balise dispose d'un récepteur GPS ou est couplée avec un récepteur GPS, elle transmet sa position dans le message. Le message émis comporte un bloc de 56 à 68 bits (balise HD) comprenant son identifiant, et une plage réservée aux données issues de capteurs installés sur la balise d'une longueur limitée à 256 bits (4 608 bits pour les balises de type HD)^[5].

Il existe une grande variété de modèles de balises Argos pour s'adapter aux utilisations : de la balise de quelques grammes pouvant être fixée sur un oiseau de petites taille à la balise massive fixée sur une bouée dérivante ou un bateau qui transmet des données supplémentaires collectées localement par des capteurs (par exemple température et pression atmosphérique) et peut fournir la position GPS.

Réception des messages par les satellites

Les messages émis par les balises sont collectés par des récepteurs Argos embarqués en tant que charge utile secondaire sur des satellites d'observation de la Terre (satellite franco-indien SARAL ou indien OceanSat-3) ou météorologiques (satellites européens MetOp d'EUMETSAT et satellites américains de la NOAA). Depuis 2025, les messages sont également collectés par les 25 satellites de la constellation Kinéis en partie dédiés à cette tâche. Ces satellites circulent sur des orbites polaires à une altitude comprise entre 650 et 850 kilomètres (sauf ANGELS orbitant à une altitude de 500 km). Du fait de leur orbite héliosynchrone ils survolent une zone donnée toujours à la même heure locale (la longitude survolée se décale de 25° à chaque orbite d'environ 100 minutes). Le rayon de visibilité des satellites circulant à une altitude de 850 km est de 3 000 à 5 000 kilomètres (donc beaucoup moins pour les satellites circulant sur une orbite plus basse comme la constellation Kinéis). Ce cercle de visibilité est encore restreint si la balise est située en terrain montagneux. Une balise située dans les régions polaires est survolée à chaque orbite soit environ 14 fois par jour tandis que si elle est située près de l'équateur le nombre de survol se réduit à 2 ou 3. La position de la balise est, soit communiquée au satellite par celle-ci si elle est équipée d'un GPS, soit est calculée en mesurant le décalage Doppler de plusieurs messages successifs (ce calcul est fait dans les centres de traitement). La précision de la position obtenue par cette dernière méthode dépend du nombre de messages que le satellite a pu recevoir durant son survol. Elle est qualifiée sur une échelle comprenant 6 valeurs caractérisant une précision décroissante (3, 2, 1, 0, A et B) les trois premières correspondant à une précision dégressive comprise entre 250 et 1500 m, la valeur 0 à une précision supérieure à 1500 mètres. Lorsque le satellite a reçu moins de 4 messages lors du survol la position ne peut être calculée (valeur A ou B pour 3 ou 1/2 messages)^[4],[6].

A compter de la version Argos-3 l'utilisateur peut envoyer des instructions à la balise d'une longueur maximale de 200 bits pour modifier sa configuration. Cette liaison descendante est également utilisée pour déclencher l'émission de messages par la balise seulement à la demande du satellite et indiquer à la balise qu'il peut interrompre l'envoi de messages car le satellite en a reçu suffisamment pour déterminer sa position. Ces nouvelles options, qui ne sont disponibles que sur les balises équipées d'un système de réception, permettent de réduire leur consommation électrique et donc de prolonger leur durée de vie de la balise. Sur les versions précédentes d'Argos, il existait déjà une option permettant de limiter les émissions de messages sur certains modèles de balise qui disposait des éphémérides des orbites des satellites^{[7], [Note 2]} équipés du système Argos leur permettant de connaître les heures de survol et donc de déclencher les émissions en tenant compte de celles-ci^[6].

L'équipement embarqué sur les satellites en version Argos-3 comprend deux composants fabriqués par Thalès Alenia Space : le récepteur radio RPU (Receiver Processor Unit) traite les messages émis par les balises et gère les interfaces avec le boitier TxU et le satellite. L'émetteur radio TxU (Transmitter Unit) transmet les données (paramètres de configuration de la liaison descendante) aux balises qui ont la capacité de recevoir celles-ci. Dans cette version d'Argos le boitier RPU a une masse de 16 kg et une consommation électrique de 16 Watts et le boitier TxU a une masse de 8 kg et une consommation électrique de 26 Watts. La mesure de l'effet Doppler sur les messages reçus impose l'utilisation d'un oscillateur ultra-stable. Les deux équipements disposent d'une redondance froide (activation du secours après constatation de la panne)^[7].

Stations de réception

Les données collectées par les satellites sont transmises aux stations de réception lorsqu'elles survolent celles-ci. Ces stations retransmettent les données vers les centres de traitement. Il existe deux types de stations de réception. Les trois stations de réception principale, qui sont situées à Wallops Island, Fairbanks (toutes aux deux aux États-Unis) et à Svalbard (en Norvège) récupèrent l'ensemble des données collectées. Les stations de réception régionales reçoivent les données des balises qui sont en visibilité en même temps que la station (80% des balises étaient dans ce cas en 2011). Elles permettent d'accélérer l'acheminement des données^[4],[8]. Il y environ une soixantaine de stations de réception réparties sur tous les continents en 2025^[4].

Centres de traitement

Les centres de traitement globaux, situés à Toulouse et Woods Hole (États-Unis), analysent les messages, déterminent la position de la balise puis mettent à disposition le produit final aux utilisateurs sur un site internet dédié. Les traitements réalisés comprennent le contrôle de la qualité des images, le calcul de la localisation, le traitement des données et la mise à disposition du résultat auprès des utilisateurs finaux. Il existe également des centres de traitement régionaux (Lima au Pérou, Jakarta en Indonésie, Melbourne en Australie et Tokyo au Japon) qui permettent aux utilisateurs de la région d'accéder aux données de leurs balises^[4].

Organisation

L'agence spatiale française le CNES est le maître d’œuvre du système et le maître d'ouvrage pour le segment spatial et sol. Il est le responsable technique des équipements embarqués à bord des satellites. Kinéis est l'opérateur du système. Il est responsable de la distribution des données collectées et de l'envoi des messages aux balises (liaison descendante). Il assure l'exploitation opérationnelle des instruments embarqués. Les partenaires concepteurs et opérateurs des satellites (NOAA, EUMETSAT, ISRO) sont responsable de l'intégration des équipements Argos sur leur plateforme et de la diffusion des données Argos vers les stations de réception. Le Comité des Opérations Argos (OPSCOM) supervise le développement et l'exploitation du système de collecte de données, approuve les demandes d'applications des utilisateurs potentiels de balises, actualise la grille tarifaire et traite les problèmes affectant le système Argos^[1]

Évolution du système Argos

Les ingénieurs du CNES et de ses filiales ont fait évoluer les instruments, capteurs et émetteurs afin d'améliorer les capacités du système Argos au bénéfice de la communauté des utilisateurs. Cinq versions du système Argos se sont succédé. Elles coexistent dans la mesure où les équipements embarqués sur les satellites ont été conçus pour une version donnée (les changements de version touchent le hardware). Ainsi en 2022 les satellites NOAA-15 (lancé en 1998) et NOAA-18 (2005) étaient en version Argos-2, NOAA-19(2009), METOP-B (2012), SARAL (2013) et METOP-C (2018) étaient en version Argos-3, Angels (2019-2024) était en version Argos-Néo tandis que GAzelle (2022) et OceanSat-3 (2022) étaient en version Argos-4^[8].

Lancement du système Argos (1978)

Le système Argos devient opérationnel en 1978 avec le lancement le 13 octobre du satellite météorologique américain TIROS-N (NOAA-A) équipé d'un système de réception et le déploiement des premières balises installées sur des bouées météorologiques dérivantes. Le segment spatial s'étoffera par la suite avec la mise en orbite des satellites américains NOAA-6 à NOAA-14 entre 1978 et 1995^[9]. Le signal radio émis par les balises disposent d'une bande passante de 24 kilohertz et les données sont transmises aux récepteurs en orbite avec un débit de 400 bits par seconde. Le satellite peut prendre en compte jusqu'à 4 messages simultanés. En 1986 le CNES crée la filiale CLS (Collecte Localisation Satellites) comprenant 25 personnes répartis entre Toulouse et les États-Unis qui a pour mission de gérer le système Argos. Celui-ci est à l'époque installé sur une centaine de bouées dérivantes. Durant les années 1980 commence le suivi des déplacements de certaines espèces animales (ours polaires, caribous, albatros,...) qui sont équipés de balises miniaturisées. CLS va par la suite diversifier ses activités en créant en 1991 le système DORIS (permet aux satellites de connaître leur position avec une très grande précision) et en s'associant en 1992 aux projets de satellites océanographiques (TOPEX/Poseidon)^[10].

Argos-2 (1998)

Argos-2 ou DCS/2 est déployé pour la première fois en 1998 lors du lancement du satellite météorologique américain NOAA-15 et généralisé entre 2001 et 2008 avec le lancement des satellites NOAA-16 à NOAA-18^[11]. Les modifications apportées au système sont les suivantes^[12] :

• La capacité de réception simultanée par les satellites passe de quatre à huit messages grâce à l'élargissement de la bande passante de 24 à 80 kHz. Cette évolution permet une augmentation du nombre de balises, une meilleure répartition des fréquences des messages émis et meilleure séparation des signaux radio reçus par les satellites.
• La sensibilité des équipements de réception des satellites est accrue, permettant l'utilisation d'émetteurs de plus faible puissance et par conséquent, une autonomie prolongée.

Argos-NEXT (2002)

Avec Argos-NEXT ou A-DCS (Advanced Data Collection and Location System) la communication entre balise et utilisateur (via les satellites) peut désormais être bidirectionnelles. Les utilisateurs finaux ont ainsi la possibilité de modifier la configuration des balises dans la mesure où celles-ci sont conçues pour recevoir des messages des satellites Argos. La vitesse du débit est de 200 bits par seconde. Ce sont des balises de type PMT (Platform Messaging Transceiver) par opposition aux balises PTT (Platform Transmitter Terminal). La fréquence radio allouée au système Argos pour cette liaison descendante est de 466 MHz. Par ailleurs le volume de données transmis dans un message passe de 1200 à 2400 bits. Un équipement Argos NEXT est installé pour la première fois sur le satellite météorologique japonais ADEOS II, lancé en décembre 2002 mais qui tombe en panne en octobre 2003^[7].

Argos-3 : Améliorations des performances (2006)

Argos-3 est une des charges utiles des satellites météorologiques européens Metop.

Le premier équipement Argos de 3^e génération équipe le satellite météorologique européen Metop-A lancé en 2006. Il est déployé par la suite en 2012 sur Metop-B puis sur le satellite d'observation de la Terre franco-indien SARAL en 2013.

Les améliorations introduites sont^[4] :

• L'apparition de deux nouveaux types de balise : les balises de nouvelle génération (NG) et les balises haut débit (HD).
• La vitesse de débit sur la liaison ascendante passe de 400 à 800 bits/s pour les balises NG et de 400 à 4 800 bits/s pour les balises HD.
• La vitesse de débit sur la liaison descendante passe de 200 à 400 bits/s.
• Le volume de données transmis passe de 2 400 à 15 000 bits.
• Le nombre de messages pouvant être traités simultanément passe de 8 à 9 pour les balises NG.
• Les messages des balises HD sont émis dans une nouvelle plage de fréquence centrée sur 401,595 MHz et large de 30 kHz.
• La modulation utilisée qui est de type MIC/PM pour les balises existantes est de type QPSK pour les balises NG et GMSK pour les balises HD.

Argos-4 : Miniaturisation et augmentation des données transmises (2022)

La quatrième génération du système Argos commence à être déployée avec le lancement des satellites GAzelle et OceanSat-3 en 2022. Les principales évolutions sont^[13] :

• Une sensibilité accrue des récepteurs embarqués sur les satellites qui permet d'installer des balises plus petites car utilisant de batterie de moindre capacité.
• Une augmentation de la taille des messages (du volume de données) pouvant être transmis par les balises.

Constellation Kinéis (2025)

Maquette d'un satellite Kinéis.

En septembre 2018 le gestionnaire du système Argos, CLS, crée la société Kinéis pour étoffer le segment spatial de son système Argos et de manière plus générale développer les services de connexion spatiale en lien avec l'Internet des objets. Kinéis doit déployer une constellation de 25 nano-satellites initialement d'ici 2023 qui emportent un récepteur Argos-4 miniaturisé (Argos-Néo). Ces satellites de de type CubeSat 16 U et d'une masse de 28 kg sont déployés sur 5 plans orbitaux^[14]. L'augmentation particulièrement importante du nombre de satellites (leur nombre passe de 9 à 34) permet de réduire à moins de 15 minutes la fréquence de survol des balises. Le déploiement des cinq premiers satellites par une fusée Electron est effectué le 20 juin 2025^[13]. Le dernier lot de 5 satellites est lancé en le 18 mars 2025^[15]. Le service Kinéis ouvre ses services début juin 2025^[16].

Pour permettre l'emport d'un équipement Argos à bord de ces nano-satellites, une version miniaturisée, baptisée Argos-Néo, a été mise au point. Sa masse est dix fois inférieure à un équipement Argos-4 et il consomme trois fois moins d'électricité. En contrepartie il ne gère pas la liaison descendante (qui permet la reconfiguration de la balise par l'utilisateur final) et il ne permet pas le haut débit (vitesse limitée à 124 et 400 bits/seconde). Le modèle de vol a été testé le CubeSat 12U ANGELS lancé en décembre 2019^[8].

Applications

Le système Argos est utilisé lorsque ses spécificités - faible consommation électrique des balises qui permet un fonctionnement sur plusieurs mois, petite taille de celles-ci (jusqu'à 3 grammes), faible coût - présentent un avantage décisif. C'est le cas lorsqu'il est nécessaire de collecter des données sur de longues périodes loin de systèmes de communication terrestres sans nécessité d'un suivi en temps réel : suivi des déplacements d'espèces marines ou terrestres, bouées dérivantes recueillant des données météorologiques, ... Le système continue également d'être utilisé pour le suivi des navires afin de garantir la sécurité et l'application de la réglementation des pêches^[17]. Les applications sont essentiellement scientifiques.

Le système présente toutefois plusieurs limitations. Le volume de données communiqué par la balise est faible du fait de l'architecture technique d'Argos. La transmission des données unidirectionnelle dégrade la fiabilité de la liaison avec le satellite : la répétition des messages est nécessaire pour l'accroitre. La précision du positionnement par mesure de l'effet Doppler est médiocre. Elle peut être accrue en ayant recours à une balise équipé d'un récepteur GPS, mais celle-ci perd alors ses avantages en terme de masse et de consommation électrique (et donc de durée de vie). Le délai entre la récupération du message par le satellite et sa transmission à l'utilisateur peut être de 20 minutes ou plus. Enfin, jusqu'au déploiement de la constellation Kinéis, le nombre réduit de satellites (en moyenne 7 jusqu'à 2025) limitait le nombre de survols en particulier aux latitudes méridionales^[18].

Projets internationaux

Grâce à la coopération internationale sur les projets liés au système Argos, CLS traite les données pour l'exploitation de nombreux programmes internationaux. Pour n'en citer que quelques-uns :

• Data Buoy Cooperation Panel (DBCP) : un réseau de bouées dérivantes et fixes couvrant les océans du globe.
• Ship of Opportunity Program (SOOP) : un réseau de lignes XBT
• Argo : un projet international utilisant les flotteurs sub-surfaces

Exemples d'utilisation

• Courant 2022 il était recensé plus de 2600 balises Argos placées sur des animaux marins de 50 espèces^[17]. Parmi les nombreux projets mis en oeuvre par la communauté scientifique l'un des plus emblématiques est Seaturtle.org, une communauté internationale qui suit les tortues marines et aide à la conservation de l'espèce en les équipant de balises Argos^[19].
• A la suite d'une dégradation de la production dans 300 fermes ostréicoles de l'état de Washington, un réseau de balises Argos a été positionné pour permettre de suivre les caractéristiques du milieu marin pouvant influer sur l'état de santé des parcs à huitre (température, salinité, turbidité, pH, ...)
• Le système VMS (Vessel Monitoring System) est utilisé pour contrôler les activités de pêche en s'assurant qu'elles respectent la réglementation en vigueur. Elle repose sur des balises Argos placés sur les bateaux de pêche^[17].
• Des balises placées sur des bouées équipées de système d'écoute sonore permettent de reconstituer les déplacements des baleines et de dévier en conséquence le trafic maritime pour réduire le nombre des collisions entre navires et cétacés de 58 à 81%^[17].
• Des bouées équipées de balise Argos sont positionnés dans le golfe du Mexique pour permettre d'observer le développement des ouragans et prendre les dispositions nécessaires à Terre pour limiter les dégâts matériels et humains. Les balises transmettent la vitesse du vent et sont utilisées pour actualiser la trajectoire de ces phénomènes^[17].