Géodésie Spatiale

1. Tout ce que vous avez voulu savoir sur la Géodésie Spatiale sans jamais oser le demander

2. +75 m -111 m Un peu d’histoire Géodésie signifie "le partage de la Terre". • La géodésie spatiale est une science qui utilise les mesures des satellites artificiels qui tournent autour de la Terre pour déterminer la forme de la Terre et ses changements au cours du temps. • Les principaux instruments utilisés en géodésie spatiale afin de repérer les satellites sont : la télémétrie laser, le système DORIS, le système GPS et le VLBI. • Ils permettent de calculer la trajectoire des satellites mais aussi de déterminer la position et le mouvement des continents.

3. La forme de la Terre Le Géoïde • Surface irrégulière correspondant au niveau moyen des mers et qui constitue par convention la surface de référence altimétrique ou la surface d'altitude zéro. • Le géoïde, qui reproduit fidèlement les propriétés dynamiques et géométriques de la Terre, présente des écarts ou des ondulations par rapport à l'ellipsoïde de référence géodésique. Le géoïde peut aussi varier avec le temps, à la suite, par exemple, d'un bouleversement géologique. Le géoïde est donc une surface équipotentielle. • Le géoïde se prolonge sous le niveau des continents et demeure perpendiculaire à la ligne de force de l'attraction terrestre. • Par extension, on parlera d'un géoïde lunaire, martien, etc.

4. +2000 +4000 -1000 -3000 +7500 +14000 La Durée du jour augmente • 15 heures en 4.5 milliards d’années (~1 millionième de seconde par an) La Terre ne tourne pas rond Nutation • L’inclinaison de l’axe de rotation varie aussi légèrement au cours du temps sur des périodes allant de quelques jours ou centaines de jours (435 jours, amplitude 30 m) à quelques années (18.6 ans, amplitude 300 m). • L’origine de ces variations est variée : attraction gravitationnelle de la Lune, variation de la pression au fond des océans, déplacement des masses atmosphériques et même les séismes. • 21 secondes depuis 1972 (0.7 seconde par an) Précession • L’alternance des saisons est due à l’inclinaison de l’axe de rotation (obliquité, ~23.5°). • L’axe de rotation fait un tour en 26000 ans et son inclinaison varie d’environ 2° (220 Km) sur une période de 40000 ans. • Il y a 13000 ans les dates des saisons étaient donc inversées. • A l’époque des Pharaons (3000 ans avant Jésus christ) Thuban (Alpha Draconis, constellation du Dragon) nous montrait le nord. • Vous ne regardez pas votre vrai signe zodiacal dans le journal : vous croyez être Béliers alors que vous êtes Poissons…

5. Les techniques d’observations Le système GPS • Système de positionnement américain originellement conçu pour des applications militaires, il permet aujourd’hui à chacun de connaître sa position avec une précision décamétrique. • En Géodésie Spatiale l'utilisation de ce système de manière relative (par rapport à une position connue) permet un positionnement d’une précision au moins centimétrique. • Ce système est aussi utilisé ans le calcul d’orbite de satellites équipés d’un récepteur (Jason-1 par exemple). Le VLBI (interférométrie à très longue base) • Système basé sur la mesure de la différence de temps d’arrivée d’un front d’onde sur un radio télescope. • Ce système est actuellement le plus exact (position et vitesse) mais demande une logistique assez lourde. Le système DORIS • Mesure basée sur l’effet Doppler • Le récepteur est embarqué sur un satellite et les émetteurs sont des balises au sol • Grâce à des oscillateurs ultra-stables de 10-13 sur la durée d’un passage, les mesures Doppler ainsi réalisées sont compatibles avec la précision de vitesse radiale satellite-station de 0,3 mm/s requise pour une orbitographie de quelques centimètres de précision. GALILEO (le GPS européen, en 2008) • De conception proche du système GPS, GALILEO permettra à chacun, muni d’un récepteur, par exemple intégré dans son GSM, de capter des signaux émis par plusieurs satellites pour déterminer à tout instant sa position dans le temps et dans l’espace • Ce système devrait permettre d’atteindre une précision sub-centimétrique.. La télémétrie laser • Développée depuis le début des années 70, cette technique est la plus ancienne et permet d’analyser de longues séries temporelles. Sa précision métrique au début est actuellement meilleure que 1 cm. • Trois stations à l’OCA : laser-satellite et laser-lune (bientôt regroupées en un instrument) et la station ultra-mobile (FTLRS)

6. Les moyens spatiaux Des missions dédiées. • Les satellites géodésiques sont le plus souvent des cibles passives qui sont utilisés pour la détermination des positions et vitesses des stations de télémétrielaser. L’analyse des perturbations de leur mouvement orbitale permet aussi d’accéder à des paramètres du champ de gravité. • Les satellites altimétriques permettent d’observer la surface de la mer. L’étude de sa partie statique apportent des informations sur le champ de gravité et la topographie sous-marine. L’étude de sa partie dynamique permet de mieux connaître les courants océaniques et les marées. • Depuisquelques années des missions ont été lancées et programmées pour étudier directement lechamp de gravité et ses variations temporelles (surcharge atmosphérique, variations des nappes phréatiques, …). Satellites géodésiques (Lageos I&II, Starlette, Stella, Ajisai, Etalon) Satellites altimétriques (TOPEX/Poseidon, Jason-1, EnviSat, GFO) Missions champ de gravité (Champ, GRACE)

7. Mouvement du pôle et durée du jour Mouvement du géocentre Station laser-satellite (Grasse, 7835) +1.5 cm/an rms = 0,76 mas (2.3 cm) rms = 0,36 mas (1.1 cm) rms = 0,24 mas (0.7 cm) +1.8 cm/an rms = 0,69 mas (2.1 cm) rms = 0,32 mas (1.0 cm) rms = 0,27 mas (0.8 cm) rms = 0,028 ms rms = 0,017 ms rms = 0,064 ms +0.1 cm/an Une précision d’horloger Les enjeux de la Géodésie Spatiale • Mesurer les déplacements horizontaux et verticaux des plaques tectoniques. • Mesurer les mouvements du pôle et la vitesse de rotation de la Terre. • Mesurer les déplacements du centre des masses de la Terre.

8. Quand le hasard fait bien les choses… Le séisme s’est produit à 1h GMT. L‘animation ci-dessous montre la propagation de l’onde après le séisme toutes les 10 minutes. Tsuna’ltimétrie • EnviSat a lui aussi survolé l’océan indien 3h17 après le séisme. Même si le signal est moins marqué (affaiblissement du phénomène) les mesures pourront sûrement elles aussi contribuer à améliorer les modèles. • Jason-1 a survolé la région au large de Sumatra 1h53 après le séisme, et le tsunami avait eu le temps de se former et de commencer à se propager dans l'océan indien, voire même déjà de frapper les côtes indonésiennes. • TOPEX/POSEIDON est passé7minutes plus tard environ 60Km à l'ouest de Jason-1 et a donc "vu" une situation océanique très proche. L'apport de 2 satellites en tandem est donc indéniable, car il permet de valider ce qu'on a observé avec le premier, et, par ailleurs, il fournit des observations complémentaires d'échantillonnage spatio-temporel du phénomène. Les observations pourront donc être utilisées pour améliorer la compréhension du phénomène et sa modélisation.

9. Merci à Dieu d’avoir créé la femme Terre débutActeursLudovic AndrèsPhilippe BérioPascal BonnefondDavid CoulotFlorent DelefliePierre ExertierOlivier LaurainGilles MetrisPascal ObertiJean-Jacques WalchConseillère artistique et logistiqueChristine JulienneConseillers scientifiquesFrançois BarlierJean KovalevskyEffets spéciaux (tirs laser…)Etienne CuotDominique FéraudyMaurice FuriaGeorges HelmerMaurice LaplancheFrancis PierronMonique PierronGérard VigourouxJonathan WeickChronométrageFrançoise BaumontPierre ClaudonRobert DallaJean-François ManginGrégoire Martinot-LagardeJean-Louis OnetoJocelyn ParisMuriel RavetEtienne SamainJean-Marie TorreHervé ViotPatrick WranckenProducteursAgence Spatiale EuropéenneCentre National d’Etudes SpatialesGroupe de Recherches en Géodésie SpatialeMinistère de l’Education Nationale et de la Recherchefin