Des millions de smartphones Android ont été discrètement enrôlés dans l'un des plus grands projets de navigation participative jamais réalisés,

Révolution scientifique ou collecte intrusives ?

Les chercheurs de Google ont développé une approche innovante en utilisant les smartphones Android comme instruments de cartographie de l'ionosphère, une couche de la Terre qui impacte la précision des systèmes de navigation par satellite (GNSS). Grâce à des milliards de téléphones équipés de récepteurs GNSS à double fréquence, Google a pu transformer ces appareils en capteurs collectant des données utiles pour étudier l'ionosphère. Cependant, la manière dont ces données sont recueillies soulève plusieurs interrogations sur la nature des informations collectées et la manière dont elles sont utilisées.

En principe, les téléphones se connectent directement aux satellites pour déterminer la position de l'utilisateur, en mesurant la latence du signal entre le satellite et l'appareil. Ce processus implique non seulement des calculs liés à la position terrestre du téléphone, mais également des informations sur la localisation des satellites. Si la collecte des données est décrite comme étant relativement discrète, il faut néanmoins se rappeler que chaque téléphone nécessite une localisation précise pour déterminer l'impact de l'ionosphère sur les signaux GNSS. Ainsi, réduire ce processus à une simple mesure de latence omet une partie importante du travail effectué en coulisse, notamment l’intégration de données provenant de diverses sources pour obtenir des résultats fiables.


Le projet a permis d'élargir la couverture de mesure de l'ionosphère, doublant ainsi la portée des stations GNSS terrestres classiques, qui souffrent d'une couverture géographique limitée. Toutefois, la collecte de données à grande échelle présente des défis : les téléphones, contrairement aux stations de surveillance fixes, sont soumis à des interférences dues à leur environnement immédiat, comme les poches ou les zones urbaines denses. De plus, le bruit dans les données collectées par les téléphones est beaucoup plus élevé, nécessitant un traitement minutieux pour extraire des informations précieuses. Malgré ces obstacles, les résultats montrent que cette approche, bien que novatrice, repose sur des techniques de nettoyage et de filtrage complexes pour offrir des informations utiles.

Ainsi, bien que l'idée de transformer des millions de smartphones en capteurs scientifiques soit impressionnante, elle soulève des questions sur la gestion des données personnelles et l'ampleur de la collecte d'informations. Bien que le projet semble avoir un potentiel pour améliorer la précision de la navigation par satellite, il n'est pas exempt de critiques sur la nature des données collectées et l’utilisation de la latence des signaux pour analyser l'ionosphère.

L'ionosphère est la couche supérieure de l'atmosphère terrestre ionisée par les rayons UV solaires. Elle s'étend depuis environ 80 km d'altitude jusqu'au-delà de 1000 km, et ses effets sur les signaux GNSS peuvent entraîner des erreurs de positionnement. Traditionnellement, les stations au sol collectent des données sur l'ionosphère, mais ces stations n'offrent qu'une couverture limitée, particulièrement dans les régions moins bien desservies.

Utilisation des smartphones Android pour combler les lacunes de couverture de l'ionosphère

Les chercheurs ont utilisé l'API GNSS d'Android pour recueillir des données provenant de millions de téléphones, telles que les temps de parcours et les fréquences des signaux satellitaires, afin d'estimer le contenu total en électrons (TEC) de l'ionosphère. Bien que les mesures des smartphones soient moins précises que celles des stations spécialisées, la collecte massive de données a permis d'obtenir des résultats robustes et fiables.

Cette approche a permis de résoudre des phénomènes complexes, comme les tempêtes solaires et les variations de la densité du plasma. En combinant les données de millions de smartphones, les chercheurs ont amélioré la précision des modèles TEC et ont observé des phénomènes spécifiques, comme des anomalies équatoriales et des creux au-dessus de certaines latitudes. De plus, cette méthode a permis de combler les lacunes de couverture dans des régions comme l'Inde, l'Amérique du Sud, et l'Afrique, qui étaient souvent sous-surveillées par les méthodes traditionnelles.

Les résultats ont montré que cette méthode était plus efficace que d'autres approches existantes, comme le modèle Klobuchar, souvent utilisé dans les appareils mobiles. Grâce à cette initiative, des cartes TEC en temps réel et à haute résolution ont pu être produites, offrant ainsi un outil puissant pour améliorer la navigation et la compréhension de l'ionosphère.

dans une étude publiée dans Nature, des chercheurs de Google Research ont démontré une solution innovante en utilisant des millions de smartphones Android comme réseau distribué de capteurs. Le contenu total en électrons de l'ionosphère varie en fonction de l'environnement spatial de la Terre et interfère avec les signaux du système mondial de navigation par satellite (GNSS), ce qui constitue l'une des plus grandes sources d'erreur pour les services de position, de navigation et de synchronisation. Les réseaux de stations GNSS terrestres de haute qualité fournissent des cartes du contenu total en électrons de l'ionosphère pour corriger ces erreurs, mais les grandes lacunes spatio-temporelles dans les données de ces stations signifient que ces cartes peuvent contenir des erreurs.

Les chercheurs démontrons ici qu'un réseau distribué de capteurs bruyants - sous la forme de millions de téléphones Android - peut combler bon nombre de ces lacunes et doubler la couverture des mesures, fournissant ainsi une image précise de l'ionosphère dans les régions du monde mal desservies par l'infrastructure conventionnelle. En utilisant les mesures des smartphones, ils résolvent des caractéristiques telles que les bulles de plasma au-dessus de l'Inde et de l'Amérique du Sud, la densité renforcée par les tempêtes solaires au-dessus de l'Amérique du Nord et un creux ionosphérique de latitude moyenne au-dessus de l'Europe. Ils montrent également que les cartes de l'ionosphère qui en résultent peuvent améliorer la précision de la localisation, ce qui était l’objectif l’objectif principal des travaux des chercheurs.

Ce travail démontre le potentiel de l'utilisation d'un grand réseau distribué de smartphones comme instrument scientifique puissant pour la surveillance de la Terre.


Couverture géographique des téléphones et des stations de surveillance. a-c. Les 9 036 stations de surveillance (points orange) contribuent à la base de données Madrigal, qui consolide des dizaines de réseaux de stations mondiales et régionales. Les points bleus indiquent environ 100 000 lieux où des mesures téléphoniques sont disponibles. Un site dans une grande ville peut avoir des milliers de téléphones.

La carte mondiale

1. montre que certaines parties du monde (comme les États-Unis et l'Europe) sont densément couvertes par des stations de surveillance.
2. En zoomant sur l'Europe (b), on constate que la couverture des téléphones est encore plus dense. La couverture des téléphones portables est encore plus dense.
3. En Inde (c), la couverture relative des téléphones est encore plus importante. L'emplacement des stations est tiré de la base de données Madrigal.
4. Les emplacements où se trouvent des téléphones proviennent de la présente étude.

Les téléphones mobiles constituent une ressource précieuse pour la cartographie du TEC. Le graphique ci-dessus compare la distribution mondiale des stations de surveillance avec celle des zones où les téléphones Android...