Expérimentation d’un gravimètre mobile léger et novateur pour la mesure du champ de gravité en fond de mer

L’un des defis majeurs releve par la gravimetrie moderne consiste en la determination de modeles mathematiques et de cartes numeriques du champ de gravite de la Terre dont la fiabilite est identique quelle que soit l’echelle spatiale consideree en domaines terrestre, littoral, marin et sous-marin. Aujourd’hui, les harmoniques de haut degre correspondant aux courtes longueurs d’onde du champ de gravite sont encore affectes de grandes incertitudes de par la diversite et les differences de precision et de resolution des techniques gravimetriques permettant de les atteindre. Le principal obstacle a l’amelioration de la resolution et la precision des modeles vient de ce que les systemes de gravimetrie et gradiometrie mobiles, seuls instruments qui permettent des acquisitions a precision et a resolution spatiale homogenes, demeurent encore encombrants et gros consommateurs d’energie, ce qui interdit en particulier leur installation sur des drones terrestres, aeriens, navals de surface et sous-marins. L’interet de ce type de porteur est de pouvoir operer des acquisitions tres proches des sources ce qui accroit considerablement la restitution des variations locales de la gravite. Le developpement d’un nouveau type de capteur gravimetrique a faible encombrement et moindre consommation energetique apparait donc indispensable pour repondre a la problematique posee par la mesure des courtes longueurs d’onde du champ de gravite.Dans le cadre de ses activites de recherche en gravimetrie, le Laboratoire de Geomatique et Foncier (Cnam/GeF EA 4630), en collaboration avec le Laboratoire de Recherche en Geodesie (LAREG) de l’Institut National de l’information Geographique et forestiere (IGN), le Laboratoire Domaines Oceaniques (LDO, UMR CNRS 6538, UBO), l’Institut Francais de Recherche pour l’Exploitation de la Mer (IFREMER) et le Service Hydrographique et Oceanographique de la Marine (SHOM), developpe un instrument novateur qui permet la mesure dynamique du champ de gravite terrestre en fond de mer.Le systeme baptise GraviMob (systeme de Gravimetrie Mobile) ne necessite pas de plateforme stabilisee et se fixe rigidement dans l’habitacle du vehicule porteur, en l’occurrence, un submersible autonome. Le cœur du systeme est constitue de triades d’accelerometres, permettant une mesure vectorielle de l’acceleration de pesanteur. Un traitement des mesures par filtrage de Kalman, integrant les donnees de position et d’orientation du vehicule porteur, realise la restitution du champ de pesanteur dans un referentiel adapte a son interpretation et son exploitation. Ce prototype instrumental a ete experimente en Mer Mediterranee au cours de l’annee 2016, a l’aplomb de profils gravimetriques de surface acquis anterieurement par le SHOM. La comparaison du signal gravimetrique obtenu en fond de mer avec les donnees du SHOM indique une repetabilite de la tendance generale du signal gravimetrique a 5 mGal pres.Ce manuscrit aborde successivement, l’etablissement de l’equation d’observation du systeme GraviMob, l’etalonnage et l’orientation des accelerometres du capteur, la strategie d’estimation du champ de pesanteur par un filtre de Kalman integrant un modele d’evolution des composantes du champ de pesanteur et un modele d’observation tenant compte du bruit de mesure, le traitement et l’analyse des mesures acquises lors de son experimentation en Mer Mediterranee, puis la comparaison du signal gravimetrique obtenu avec les donnees de reference.