P. Charlot Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux

1. Rotation et déformations de la Terre par observations radio-interférométriques de quasars lointains P. Charlot Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux

2. Sommaire • Pourquoi/comment observer la rotation de la Terre? • La technique d’observation VLBI basée sur les quasars • Importance pour la connaissance de notre planète • Importance pour la société • Organisation au niveau international/national • Le futur Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

3. Observer la rotation de la Terre • Pourquoi? • parce qu’elle ne tourne pas complètement rond... • Sa vitesse de rotation varie de plusieurs millisecondes/jour • Fournit des informations sur la dynamique du système « Terre » • Comment faire? • se placer le plus loin possible... • Utiliser les quasars (situés à des distances cosmologiques) • Matérialisent des directions « fixes » dans l’Univers • Constituent un référentiel ultra stable La sphère des quasars entourant la Terre Source: IVS Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

4. Principe de la mesure par VLBI g g g ~ - (1/c) k . B k  • La corrélation des signaux permet de mesurer le retard à quelques mm près g B Source: NASA/GSFC • Possibilité de déterminer B à condition de tenir compte de toute la géométrie du système: rotation de la Terre, mouvements tectoniques, marées terrestres et océaniques, traversée des couches atmosphériques, effets relativistes,... Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

5. Les quasars (1) Images from Bordeaux VLBI Image Database (BVID), LAB • Situés à quelques milliards d’années-lumière... • Résolution des images VLBI: quelques nano-radians Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

6. Les quasars (2) Evolution temporelle Images from BVID, LAB Image courtesy of NRAO/AUI Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

7. Eléments d’un système VLBI (1) Télescope Lovell (76 m) à Jodrell Bank (GB)(Photo: A. Holloway, Université de Manchester) Antenne de 20 m à Ny-Alesund (Spitzberg) Radiotélescopes Horloges atomiques Disques (>10 Tbs) Disques (>10 Tbs) Source: IVS, NASA/GSFC Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

8. Eléments d’un système VLBI (2) Transport des données... Corrélation Source: JIVE (Institut VLBI Européen) Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

9. Axe de rotation de la Terre (1) Mouvement de l’axe de rotation de la Terre dansl’espace • Mouvement de précession et nutation causé par l’attraction gravitationnelle du Soleil et de la Lune. • La réponse de la Terre dépend de sa constitution interne (en particulier de la géométrie du noyau) Source: IVS  Les mesures VLBI ultra-précises par rapport aux quasars lointains permettent d’améliorer notre connaissance de l’intérieur de la Terre. Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

10. Vitesse de rotation de la Terre Variations de la longueur du jour Tendance à long terme (effets du noyau ) Variations périodiques dues aux marées Termes saisonniers (Atmosphère, Océans) El Nino Résidus (~ < 1 ms) Source: IERS Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

11. Le phénomène El Nino • Ralentissement des vents est-ouest dans Pacifique Sud • Conséquences économiques Situation El Nino Situation normale Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

12. Axe de rotation de la Terre (2) Mouvement de l’axe de rotation de la Terre “dans la Terre” (mouvement du pôle) Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

13. Chandler en 430 j 1 an Mouvement du pôle Spectre du mouvement du pôle Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

14. Mouvement du pôle Dérive séculaire due au rebond post-glaciaire Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

15. Le mouvement des plaques tectoniques Evolution de la distance (~6000 km) entre Westford (USA) et Wettzell (Allemagne) entre 1984 et 2004 Source: IVS Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

16. Tremblements de Terre Détection du décalage des plaques Source: Key Stone Project, NICT Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

17. Le Tsunami du 26 décembre 2004 • Effet estimé:  0.1 - 2 cm (non détecté) • Avec épicentre aux latitudes moyennes: • 7 – 21 cm (détectable) Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

18. Climatologie Evolution temporelle de la hauteur troposphérique Source: IGG TU Vienna Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

19. Phénomènes influençant la rotation de la Terre Issu de Lambeck, 1988; dessin initial de Jos Verheijen Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

20. Importance pour la société • Lancement des sondes spatiales et navigation dans le système solaire • Maintien en place des satellites géostationnaires • Positionnement GPS • Synchronisation des horloges à la surface de la Terre Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

21. Organisation au niveau international Source: IVS (http://ivscc.gsfc.nasa.gov) L’IVS regroupe une trentaine d’instituts a travers le monde Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

22. Organisation nationale Combinaison des techniques de géodésie spatiale: VLBI, GPS, DORIS, SLR, LLR OMP (Toulouse) + Obs.Paris OASU/LAB (Bordeaux) CLS (Toulouse) OCA (Grasse) CLS (Toulouse) Combinaison: OMP (Toulouse) + Obs. Paris Logiciel d’analyse GINS: OMP (Toulouse) Issu de Rothacher (2006) L’observation VLBI de quasars rend inertiel l’ensemble du système Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

23. Le futur Objectifs: • Précision de 1 mm sur les positions des stations VLBI et 0.1 mm/an sur leurs vitesses • Observation en continu 24h/24h 365jours/an • Moins de 24 heures entre observations et résultats Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008

24. Le futur Connections des radiotélescopes par réseaux à ultra haut débit  mesures quasiment en temps réel Journée de l’IPF, Talence, 13 Novembre 2008