Comment fonctionne un GPS ? (et pourquoi il peut se tromper)

Le GPS, c’est quoi exactement ?

Le mot “GPS” désigne à la base un système de satellites. Dans le langage courant, on appelle aussi “GPS” le récepteur : votre smartphone, votre montre, ou l’appareil dans une voiture.

L’idée est la même : déterminer votre position (latitude, longitude, et souvent altitude) en utilisant des signaux venant de plusieurs satellites qui tournent autour de la Terre.

Ce que les satellites envoient (et pourquoi l’heure est essentielle)

Chaque satellite GPS diffuse en continu un signal radio. Dans ce signal, il y a notamment :

• l’heure exacte à laquelle le signal a été envoyé ;
• la position du satellite dans le ciel à ce moment-là (calculée et connue) ;
• des informations pour aider le récepteur à “accrocher” le signal.

Le point clé, c’est le temps. Le signal radio se déplace à la vitesse de la lumière. Donc si votre téléphone sait que le signal a été envoyé à telle heure et qu’il le reçoit un tout petit peu plus tard, il peut estimer la distance au satellite.

Étape par étape : comment votre position est calculée

1) Le téléphone capte plusieurs satellites

Votre appareil cherche des satellites “visibles” (au-dessus de l’horizon). En pratique, il en capte souvent plus de quatre, mais il lui en faut un minimum pour calculer correctement.

2) Il mesure le “retard” du signal

Imaginez que le satellite envoie un “bip” horodaté. Votre téléphone reçoit ce bip un peu plus tard. Ce décalage correspond au temps de trajet du signal.

En multipliant ce temps par la vitesse de la lumière, le téléphone obtient une distance approximative au satellite.

3) Il fait une triangulation… en 3D

Si vous connaissez votre distance à un satellite, vous savez que vous êtes quelque part sur une grande sphère autour de ce satellite. Avec deux satellites, vous êtes sur l’intersection de deux sphères. Avec trois, l’intersection se réduit fortement. Et avec un quatrième, on peut résoudre le problème proprement en 3D.

On parle souvent de “triangulation”, mais l’idée correcte est plutôt : croiser plusieurs distances pour trouver un point unique dans l’espace.

4) Le quatrième satellite sert aussi à corriger l’horloge du téléphone

Les satellites ont des horloges extrêmement précises. Un smartphone, lui, n’a pas une horloge assez parfaite pour mesurer des temps de trajet aussi minuscules sans erreur.

Le calcul avec plusieurs satellites permet donc aussi d’estimer et de corriger le décalage d’horloge du téléphone. C’est l’une des raisons pour lesquelles 4 satellites sont souvent nécessaires : 3 pour la position, 1 pour l’heure.

Une comparaison simple : “où suis-je” en écoutant des haut-parleurs

Imaginez plusieurs haut-parleurs placés à des endroits connus, qui émettent un son en même temps. Si vous mesurez avec précision le retard entre l’émission et ce que vous entendez, vous pouvez estimer votre distance à chaque haut-parleur. En croisant ces distances, vous retrouvez votre position.

Le GPS fait la même chose, mais avec des satellites, des ondes radio et une précision de temps bien plus exigeante.

Pourquoi le GPS peut être très précis… ou se tromper

Quand tout est favorable (ciel dégagé, beaucoup de satellites, peu d’obstacles), la position peut être très bonne. Mais plusieurs effets peuvent dégrader le résultat.

Les obstacles (immeubles, tunnels, forêt)

Le GPS a besoin de signaux qui arrivent “directement” depuis le ciel. En ville, entre de grands bâtiments, le signal peut être affaibli ou partiellement bloqué. Dans un tunnel, il peut disparaître.

Les “réflexions” du signal (effet miroir)

En ville, le signal peut rebondir sur des façades avant d’arriver au téléphone. Il met alors un peu plus de temps à arriver, comme s’il avait parcouru un chemin plus long. Résultat : la distance calculée est fausse, et la position peut “glisser” sur la carte.

L’atmosphère ralentit légèrement le signal

Entre le satellite et vous, le signal traverse différentes couches de l’atmosphère. Cela peut ajouter un petit retard. Les systèmes GPS tiennent compte de corrections, mais ce n’est pas toujours parfait, surtout si la réception est déjà difficile.

Peu de satellites bien placés = calcul moins fiable

Ce n’est pas seulement le nombre de satellites qui compte, c’est aussi leur position dans le ciel. S’ils sont tous dans la même zone, le croisement des distances est moins “solide” et l’erreur augmente.

Pourquoi le point sur la carte “saute” parfois

Le GPS calcule une position, puis une autre, plusieurs fois par minute. Si le signal varie (obstacles, réflexions), chaque calcul peut donner un point légèrement différent. L’application “lisse” souvent le trajet pour éviter un zigzag permanent, mais il arrive que le point se décale brusquement.

En voiture, l’application peut aussi “coller” votre position sur la route la plus probable. Si la mesure est incertaine, elle peut vous mettre sur la rue d’à côté, puis corriger ensuite.

Ce que vous ne voyez pas : GPS, mais pas seulement

Sur smartphone, la localisation affichée n’est pas toujours du “GPS pur”. Pour être plus rapide et plus stable, l’appareil peut combiner plusieurs sources :

• Satellites (la base du GPS et des systèmes similaires) ;
• Antennes mobiles : estimation par le réseau téléphonique ;
• Wi‑Fi : repérage approximatif grâce aux réseaux autour ;
• Capteurs internes : boussole, accéléromètre, gyroscope (pour lisser les mouvements).

Ce mélange aide surtout quand le signal satellite est faible. En contrepartie, la précision peut varier selon l’endroit.

Exemples concrets : ce que le GPS sait faire (et ce qu’il ne fait pas)

• Il sait estimer votre position en coordonnées, puis l’afficher sur une carte.
• Il sait calculer une vitesse en comparant vos positions successives.
• Il ne sait pas “voir” les routes : c’est l’application qui compare votre position à une carte et propose un itinéraire.
• Il peut se tromper si le signal est réfléchi, bloqué, ou trop faible.

À retenir

Un GPS fonctionne en mesurant le temps de trajet de signaux envoyés par plusieurs satellites. En croisant ces distances, votre appareil calcule un point sur Terre. Quand le ciel est dégagé, c’est très fiable. Quand les signaux sont perturbés (immeubles, tunnel, réflexions), la position peut se décaler, “sauter” ou être moins précise.