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# Rapport quadriennal 1987-1990

Gérard Grau, Roland Schlich, Marc Munschy, Daniel Sauter

► To cite this version:

Gérard Grau, Roland Schlich, Marc Munschy, Daniel Sauter. Rapport quadriennal 1987-1990. Comité national français de géodésie et géophysique. 1991. hal-04792018

HAL Id: hal-04792018

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COMITÉ NATIONAL FRANÇAIS DE GÉODÉSIE ET DE GÉOPHYSIQUE

RAPPORT QUADRIENNAL
1987 - 1990

XXème Assemblée Générale
de l'Union Géodésique et Géophysique Internationale
Vienne (Autriche) 11-24 août 1991

Publié avec le concours de l'Académie des Sciences de Paris
COMITÉ NATIONAL FRANÇAIS DE GÉODÉSIE ET DE GÉOPHYSIQUE

RAPPORT QUADRIENNAL
1987 - 1990

Edité par l'Ecole et Observatoire de Physique du Globe de Strasbourg
sous la responsabilité de R. Schlich et avec la collaboration de M. Munschy et de D. Sauter
<figure><img src="image_3.png" /></figure>
# INTRODUCTION

Gérard GRAU

Président du CNFGG

Le présent rapport quadriennal (1987-1991) a été préparé à l'occasion de l'Assemblée Générale de l'UGGI d'août 1991. Sa composition est différente de celle qui avait été retenue pour les rapports précédents. Plutôt que d'essayer de produire un inventaire aussi exhaustif que possible des travaux français, il a, en effet, été jugé préférable de ne publier qu'un nombre restreint de mises au point spécialisées. Ce rapport jette donc une série de coups de projecteur sur des domaines où les équipes françaises ont obtenu des résultats importants. Il s'efforce d'autre part de placer cette production scientifique dans le contexte de la recherche mondiale. Toutefois, cette orientation n'a pu être suivie inté-gralement dans tous les domaines et, en particulier, les articles concernant la géodésie se rapprochent de la conception traditionnelle.

Dans le souci de réaliser une couverture à peu près homogène du terrain, la liste des sujets à traiter a été préparée par les Sections du Comité National, à l'initiative de leurs Présidents, puis soumise au Conseil du Comité qui a procédé au choix définitif. Les articles sont classés par rubriques selon les spécialités des Sections du Comité National. Une certaine liberté a été laissée aux auteurs, ce qui explique la variété du style des articles, reflet de la personnalité de chacun.

La rédaction des textes s'est effectuée sous la responsabilité des Présidents des Sections* que je remercie ici vivement. Que nos collègues qui se sont, nombreux, portés volontaires pour dresser ce panorama de la recherche française reçoivent également mes remerciements les plus chaleureux.

<footnote>*</footnote>

<footnote>Géodésie : A. Comolet-Tirman,
Sismologie et Physique de l'Intérieur de la Terre : G. Perrier,
Volcanologie et Chimie de l'Intérieur de la Terre : J. Dubois,
Géomagnétisme et Aéronomie : M. Menvielle,
Météorologie et Physique de l'Atmosphère : P. de Félice,
Sciences Hydrologiques : P. Hubert,
Sciences Physiques de l'Océan : M. Crépon.</footnote>
TABLE DES MATIERES

SECTION I: GEODESIE

<table><tr><td>• Le positionnement géodésique</td><td>C. Boucher</td><td>11</td></tr><tr><td>• Les techniques de la géodésie spatiale en France</td><td>F. Barlier</td><td>19</td></tr><tr><td>• Champ de gravité et géoide</td><td>P. Louis et G. Balmino</td><td>27</td></tr><tr><td>• Apport de la géodésie dans le domaine de la géodynamique</td><td>A. Cazenave, J. Goslin, M. Diament, M. Feissel et C. Le Provost</td><td>33</td></tr><tr><td>• Bibliographie géodésique</td><td>C. Boucher</td><td>41</td></tr></table>

SECTION II: SISMOLOGIE ET PHYSIQUE DE L'INTERIEUR DE LA TERRE

<table><tr><td>• Hétérogénéités du manteau - Réseau géoscope</td><td>J. P. Montagner et B. Romanowicz</td><td>49</td></tr><tr><td>• Dynamique du noyau liquide - Etudes faites à Strasbourg 1985 - 1990</td><td>H. Legros et J. Hinderer</td><td>57</td></tr><tr><td>• Imagerie de la lithosphère par enregistrement de sources sismiques naturelles et artificielles</td><td>A. Paul, M. Campillo et G. Poupinet</td><td>65</td></tr><tr><td>• Structure et propriétés du noyau terrestre déduites de la propagation des ondes sismiques</td><td>A. Souriau</td><td>73</td></tr><tr><td>• Viscosité du noyau</td><td>J. P. Poirier</td><td>77</td></tr><tr><td>• Travaux concernant l'aléa sismique effectués en France</td><td>P. Bernard et P. Y. Bard</td><td>79</td></tr></table>

SECTION III: VOLCANOLOGIE ET CHIMIE DE L'INTERIEUR DE LA TERRE

<table><tr><td>• L'éruption du volcan Kelut (Java est, Indonésie) de février 1990. Analyse préliminaire des observations géologiques et géophysiques</td><td>I. Pratomo, Surono, J. L. Bourdier, P. Lesage, J. Vandemeulebrouck et P. M. Vincent</td><td>87</td></tr><tr><td>• Utilisation d'un réseau inclinométrique pour la localisation en temps réel du déplacement du magma avant une éruption</td><td>H. Delorme, P. A. Blum et A. Hirn</td><td>97</td></tr><tr><td>• Etude du déterminisme des séquences temporelles des éruptions volcaniques</td><td>J. Dubois et J. L. Cheminée</td><td>103</td></tr><tr><td>• Fluides volcaniques</td><td>P. Allard</td><td>109</td></tr><tr><td>• Dégazage des magmas et dynamisme éruptif</td><td>S. Vergniolle</td><td>117</td></tr></table>

SECTION IV: GEOMAGNETISME ET AERONOMIE

<table><tr><td>• Les transitions de polarité du champ géomagnétique</td><td>J. P. Valet</td><td>125</td></tr><tr><td>• L'électrojet équatorial: composante du circuit électrique global connectant le vent solaire, la magnétosphère, l'ionosphère, l'atmosphère et la terre</td><td>C. Mazaudier et Y. Cohen</td><td>141</td></tr><tr><td>• Les instruments de mesures optiques de l'atmosphère à l'observatoire de Haute Provence</td><td>G. Ancellet, A. Garnier, S. Godin, A. Hauchecorne, M. Hersé et G. Thuillier</td><td>161</td></tr><tr><td>• Les émissions radio électriques planétaires</td><td>P. Louarn</td><td>173</td></tr><tr><td>• Etude in situ des environnements ionisés cométaires</td><td>H. Rème</td><td>181</td></tr></table>

SECTION V: METEOROLOGIE ET PHYSIQUE DE L'ATMOSPHERE

<table><tr><td>• Les régimes de temps de la circulation atmosphérique dans l'hémisphère nord</td><td>R. Vautard</td><td>191</td></tr><tr><td>• La prévision numérique française à l'échelle fine</td><td>Hong Le Pham, R. Juvanon du Vachat et J.F. Geleyn</td><td>197</td></tr></table>
## SECTION VI: SCIENCES HYDROLOGIQUES

<table><tr><td>• Progrès récents en modélisation des flux dans la géosphère</td><td>D. Bruel, P. Goblet et E. Ledoux</td><td>205</td></tr><tr><td>• Logique, cohérence et responsabilité en hydrologie</td><td>G. Oberlin</td><td>215</td></tr><tr><td>• Progrès et application de la modélisation conceptuelle pluie-débit</td><td>C. Michel, Edijatno et T. Leviandier</td><td>219</td></tr><tr><td>• Quatre années d'activité de recherche en hydrogéologie au sein du groupe BRGM</td><td>J. J. Collin</td><td>223</td></tr><tr><td>• Télésurveillance et prévision hydrométéorologique à Electricité De France</td><td>D. Duband</td><td>229</td></tr></table>

## SECTION VII: SCIENCES PHYSIQUES DE L'OCEAN

<table><tr><td>• Les travaux français en océanographie physique</td><td>M. Crepon</td><td>233</td></tr><tr><td>• Evolution du climat - paléocéanographie</td><td>L. Labeyrie</td><td>235</td></tr><tr><td>• Assimilation de données spatiales dans les modèles quasi-géostrophiques de circulation océanique</td><td>B. Barnier, M. Boukthir et J. Verron</td><td>239</td></tr><tr><td>• Etude du transport de masse et de chaleur entre l'océan Pacifique et l'océan Indien, à travers l'archipel indonésien: le programme JADE</td><td>M. Fieux</td><td>245</td></tr><tr><td>• Evaluation des courants de surface d'un modèle de circulation générale de l'Atlantique tropical</td><td>A. Morliere et C. Duchene</td><td>247</td></tr><tr><td>• Le programme Medmodel. Etude des processus responsables de la circulation de la Méditerranée Occidentale</td><td>M. Crepon, G. Madec et L. Mortier</td><td>263</td></tr></table>
<figure><img src="image_4.png" /></figure>
# LE POSITIONNEMENT GEODESIQUE

CLAUDE BOUCHER

Institut Géographique National
2, Avenue Pasteur - 94160 Saint-Mandé

Cet article présente les développements récents obtenus en France dans le domaine des techniques de positionnement, qu'elles soient terrestres ou spatiales. Les principales applications du positionnement géodésique sont également passées en revue : réseaux de référence, canevas géodésiques et réseaux de nivellement, réseaux géodynamiques, contrôle des marégraphes...

This paper gives a survey of recent achievements obtained in France in the field of either ground based on space positioning techniques. The major applications of geodetic positioning are also reviewed : fiducial networks, horizontal and vertical control, geodynamical networks, tide gauge fixing...

## INTRODUCTION

Cet article présente les principaux résultats dans ce domaine depuis 1987. Les applications non purement géodésiques ne sont pas développées (topométrie, cadastre, hydrographie, photogrammétrie...).

Les principaux organismes français qui ont été acteurs dans ces développements sont énumérés ci-après, avec leur acronyme :

- Centre d'Etude et de Recherches Géodynamiques et Astro-métriques (CERGA).

- Centre National d'Etude Spatiales (CNES).

- Groupe de Recherches de Géodésie Spatiale (GRGS).

- Institut Géographique National (IGN).

- Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP).

- Service Hydrographique et Océanographique de la Marine (SHOM).

## DEVELOPPEMENT DES TECHNIQUES DE POSITIONNEMENT

### Méthodes terrestres

Plusieurs développements se sont continués depuis 1987 dans le domaine des techniques terrestres de positionnement, c'est-à-dire où les divers points de mesure se situent tous sur la surface topographique ou à son voisinage immédiat.

Le télémètre laser GEORAN développé il y a plusieurs années en Grande Bretagne a été redéveloppé par l'IGN en vue d'en faire un instrument à deux longueurs d'ondes, le GEORAN 2, qui doit fournir une exactitude de 10⁻⁷. L'instrument est en cours d'industrialisation.

Par ailleurs, le SHOM a continué l'évaluation de systèmes de radiopositionnement au sol à usage principalement cinématique (navigation maritime ou aérienne).

Dans ce cadre, le Système National de Radionavigation LORAN C a donné lieu à une étude [Le Gouic et Levisage, 1989], ainsi que le système TRIDENT IV qui a confirmé sa précision métrique.

Enfin, les techniques inertielles appliquées au positionnement grâce à une centrale embarquée sur véhicule ont vu l'apparition du nouveau système ULISS 30 de la société SAGEM, qui a d'ores et déjà démontré une précision décimétrique [Mazzanti et De la Fuente, 1990; Doizi, 1990].

### Méthodes spatiales

Les développements récents des systèmes spatiaux réalisés en France ont donné lieu à un article dans ce même volume, rédigé par F. Barlier. Ils sont relatifs au système DORIS, à la télémétrie laser sur satellite et la Lune, au VLBI ainsi qu'au système GPS. Nous compléterons ici en examinant les études et analyses particulières menées dans l'objectif du positionnement, ainsi que l'exploitation de systèmes anciens (Transit en particulier).

**Télémétrie laser.** En dehors des opérations des instruments en station à l'observatoire du CERGA près de Grasse (cf. Barlier, ce rapport), ainsi que l'aide apportée à la NASA pour l'installation d'une station mobile sur l'île de Huahine dans l'Océan Pacifique, les activités se sont redeployées vers le traitement des données. Des solutions globales utilisant l'ensemble des mesures laser Lune ont été réalisées au CERGA et soumises à International Earth Rotation Service (IERS) [Veillet et Pham Van, 1987], comprenant un jeu de coordonnées des stations de télémétrie (Grasse, Mc Donald, Hawaii).

Par ailleurs, le GRGS/CNES a entrepris une solution globale des données laser sur LAGEOS, avec détermination des positions et vitesse de déplacement du réseau [Biancale et al., 1990]. La figure 1 montre l'adéquation du champ de vitesse ainsi déterminé par rapport à celui du modèle NUVEL 1.

**VLBI.** Les travaux en ce domaine se sont concentrés sur la maîtrise du logiciel MASTERFIT du JPL, implanté à l'IGN, ainsi qu'à l'étude de faisabilité d'un nouveau logiciel de traitement VLBI adapté aux applications géodynamiques et astrométriques (GLORIA).

Par ailleurs, l'IGN, avec le concours du GRGS, du SHOM et du CERGA, a réalisé deux stations (Brest et Grasse) durant la campagne européenne du système VLBI mobile MV-3 du NGS (été 1989).

**Système TRANSIT.** Le positionnement Doppler utilisant le système Transit a encore été utilisé, notamment à l'IGN, au SHOM, à la CGG (Compagnie Générale de Géophysique).

Le passage en système WGS 84 des Ephémérides Précises et Opérationnelles a été, en particulier, testé. Ce système est encore largement utilisé pour la détermination des décalages entre les systèmes globaux géocentriques tels que WGS 84 et les systèmes géodésiques locaux.

Enfin, le GRGS a exploité des mesures Doppler sur GEO-SAT en vue de l'analyse des données altimétriques radar.
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Fig. 1 NUVEL-1 (cm/yr)</figcaption></figure>

Système GPS. Depuis l'acquisition en 1985, en même temps que le CEA, de son premier récepteur GPS géodésique, l'IGN n'a cessé d'étudier et de développer l'utilisation de ce système dans les divers aspects qui sont susceptibles de l'intéresser :

- Navigation instantanée au sol, en véhicule terrestre, hélicoptère ou avion.

- Positionnement par navigation différentielle, avec une précision de quelques mètres (sans Selective Availability), utilisé en exploitation pour la stéréopréparation d'images SPOT (Maroc, Djibouti).

- Positionnement géodésique statique, mono ou bi-fréquence.

- Positionnement cinématique, sous diverses formes.

- Positionnement ultra-précis (en cours de développement).

L'état de l'art a fait l'objet de nombreuses communications et rapports (voir en particulier Willis et Boucher, [1988a] et Willis et al. [1989]).

L'IGN a, d'une part, continué le développement d'un logiciel de recherche, GDVS, capable de traitements statiques ou cinématiques, acceptant divers formats bruts de données ou formats standards (FICA, RINEX), pouvant effectuer des corrections différentielles d'orbites par arcs courts [M'Bra, 1991].

D'autre part, des processus normalisés de production ont été établis et validés, utilisant largement les logiciels des constructeurs qui ont fourni les équipements actuellement utilisés (6 SERCEL, 2 Ashtech LDXII).

En 1987, l'IPG a acquis un premier récepteur GPS monofréquence (SERCEL). A l'aide de ce nouvel instrument, des campagnes de mesures géodésiques ont été effectuées de 1987 à 1989, en collaboration avec l'IGN et le CEA qui disposaient d'autres récepteurs du même type. Parallèlement, des logiciels de traitement des données GPS ont été développés à l'IPG (actuellement, les logiciels fournis par les constructeurs de récepteurs GPS sont suffisants pour nos besoins). Les campagnes menées à l'Etna (1988) et au Mexique (1989) ont permis de montrer que la précision possible avec ces récepteurs monofréquence était comparable à celle obtenue par mesures terrestres (1 ppm). Cependant, une campagne de test menée dans les Pyrénées en Octobre 1989 a montré que l'on pouvait améliorer la précision (0.3 ppm) en observant plus longtemps

(4h au lieu de 2h) et de nuit. Cette campagne a également permis de faire le point sur la question de la correction du retard de propagation dans la troposphère.

Fin 1989, deux récepteurs GPS bi-fréquence (Ashtech), ont été acquis dans le cadre du programme Tectoscope-Positionnement de l'INSU. Ce type d'instrument est nécessaire pour améliorer la précision à 0.1 ppm, car avec 2 fréquences il est possible de corriger les mesures des erreurs introduites par l'ionosphère dans la propagation des ondes. Depuis le début de l'année 1990 des test de répétabilité sur longue base ont été réalisés avec ces appareils (Paris-Toulouse, 10 j; Paris-Bruxelles, 10 j) ainsi que des intercomparaisons d'instruments de marque différentes. Tous ces essais sont nécessaires pour mener dans de bonnes conditions les futures grandes opérations GPS prévues à partir de la fin de 1990. Des logiciels sont en cours de développement pour traiter les données de ces récepteurs et aussi pour rendre compatibles et traiter les données de récepteurs différents. Avec les données déjà acquises, des études sur l'allongement induit par l'ionosphère ont été réalisées (stage de DEA, [Rigo, 1990]). Enfin, ces récepteurs bi-fréquence ont été testés, comparativement avec des mesures de géodésie terrestre sur des réseaux géodésiques Djibouti (Rift d'Asal et Manda Inakir) et en colocation avec l'expérience Doris-Djibouti menée avec le CNES.

D'autres organismes français continuent leurs recherches et évaluations du système GPS. On citera en particulier le CEA dans le but de surveillance topographique locale et régionale (Coulon), et le SHOM pour des applications hydrographiques.

Pendant la période 1987-1990, l'EPSHOM avec le concours de la Mission Hydrographique de l'Atlantique (MHA) et de la Mission Océanographique de l'Atlantique a poursuivi l'évaluation du système GPS en modes naturel et différentiel.

Deux campagnes d'expérimentation à la mer ont été menées en utilisant la station GPS différentiel conçue par la société SERCEL et installée à Quiberon. Les résultats ayant été satisfaisants, des études concernant l'installation d'une station en Bretagne Ouest permettant de couvrir le Golfe de Gascogne et la Manche ont été démarrées.

Profitant des essais aéroportés du système TRIDENT IV l'EPSHOM en collaboration avec le CEV de Bretigny et la société SERCEL a procédé en 1987 à l'évaluation des performances du récepteur GPS TR 55 en vol. Traitées en temps différé suivant différentes méthodes et comparées aux positions fournies par un système de trajectographie laser, les données GPS enregistrées en vol ont fourni des positions de l'avion avec une précision meilleure que 5 m sur chaque coordonnée. En 1989 un logiciel de traitement en temps différé de données GPS permettant de restituer le trajectoire d'un mobile avec une précision submétrique acquis auprès de la société SERCEL a été testé avec succès.

Différents récepteurs GPS à vocation géodésique et logiciels de traitement associés, notamment le récepteur SERCEL NR 52, ont été testés en vue d'une acquisition prochaine.

Enfin, le couplage du récepteur GPS SERCEL avec une horloge au césium a fait l'objet d'une étude approfondie.

Le système DORIS. Les développements de l'utilisation du système DORIS pour le positionnement précis se sont situés dans le cadre du premier vol de ce système sur le satellite SPOT2, lancé avec succès en janvier 1990. L'ensemble de cette activité à pour objectif de développer et d'évaluer le système afin qu'il soit prêt à assurer ses fonctions d'orbitographie précise pour la mission TOPEX/POSEIDON et de
ELEV. = 12 deg. ALT. = 832 km Edition : 21/3/91

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Fig. 2 - Sites Doris Elev. = 12 deg. Alt. = 832 KM Edition : 21/3/91</figcaption></figure>

localisation opérationnelle sur les satellites SPOT3 et SPOT4.

Dans ce cadre le système collecte régulièrement des mesures sur un réseau de balises qui continue à se développer. Ce réseau comprend fonctionnellement deux parties :

- Un réseau orbitographique constitué à terme d'une cinquantaine de stations régulièrement réparties sur le globe. Actuellement, 38 sont opérationnelles (Figure 2).

- Un ensemble de réseaux locaux ou régionaux, dont l'objectif est d'évaluer le système en positionnement différentiel sur des distances de 100 m à 500 km, et en vue de diverses applications (zones actives, volcanologie, glissement de terrain...). A ce jour, plusieurs réseaux sont installés ou en cours d'installation : Djibouti, Hawaii, St Etienne de Tinée, Grasse, Toulouse, Washington... d'autres en projet (Japon, Grèce, Chili, Bretagne, Réunion...).

Plusieurs groupes collaborent dans l'analyse des données de localisation (IGN, CLS, GRGS). Il faut en particulier mentionner trois solutions développées sur plusieurs mois de données :

- une solution géométrique CLS/IGN,

- une solution semi-dynamique GRGS,

- une solution dynamique GRGS/DGFI dans le cadre des modèles GRIM4.

Les performances actuelles avec le modèle GRIM4 S2 montrent une exactitude de 20 cm RMS sur une comparaison à 12 sites en colocation avec des stations laser ou VLBI. En positionnement différentiel, l'exactitude va de quelques centi-mètres à un décimètre, pour des distances inférieures à 5000 km [Willis et al., 1990; Valette et al., 1990].

**Analyse globale.** En plus de l'exploitation individuelle des systèmes, leur exploitation combinée s'avère très fructueuse, tirant bénéfice de chacun, et mettant en évidence des systématismes qu'une technique isolée ne peut permettre de détecter.

Ce type de travail a particulièrement été développé par l'IGN, principalement pour la combinaison optimale des données laser sur satellite, sur Lune et des données VLBI, en vue de la réalisation du système terrestre conventionnel de l'IERS [Altamimi et Boucher, 1987; Boucher et al., 1988b; Altamimi, 1990; Boucher et al., 1988a]. Ce système a été étendu à diverses applications (DORIS, EUREF...).

Ces combinaisons sont également réalisées dans le cadre de la détermination de modèles globaux de potentiel terrestre incluant des données spatiales. C'est le cas de GRIM4, développé par le GRGS en coopération avec le DGFI de Munich.

Enfin, la détermination, l'analyse, l'archivage et l'exploitation de paramètres de transformation entre les systèmes globaux et locaux est une activité continue menée par l'IGN, le SHOM, la CGG... L'utilisation de systèmes spatiaux pour le positionnement géodésique dans des systèmes existants rend en effet indispensable et critique cette activité.

## LES APPLICATIONS DU POSITIONNEMENT GEODESIQUE

### Réseau de référence

La contribution à l'établissement d'un réseau mondial de référence a été l'une des applications majeures mises en œuvre par divers groupes français (GRGS, IGN, CNES, CERGA...).

Ce réseau est défini par des techniques spatiales (SLR, LLR, VLBI, GPS, DORIS...) soit comme stations permanentes, soit par réoccupations régulières. Plusieurs objectifs sont visés :

- Réalisation d'un repère terrestre conventionnel de référence.

- Réseau de poursuite pour l'orbitographie de précision.

- Référence pour les réseaux continentaux (par exemple
<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Fig. 3 Cartes des Sites du RRF</figcaption></figure>

EUREF) ou nationaux (RRF en France) [Boucher, 1988b; Levallois et al., 1989; Boucher et al., 1988c].

- Points de référence pour les réseaux géodynamiques et le positionnement absolu de marégraphes.

La France a contribué à ce réseau par diverses techniques (laser, VLBI mobile, Tranet, GPS, DORIS). Plus spécifiquement :

- Un réseau de référence (RRF) est en cours de détermination sur le territoire métropolitain (Figure 3).

- Un certain nombre de points ont été réalisés dans les DOM-TOM (Figure 4).

- D'autres points ont été réalisés à l'étranger (Figure 4). Le tableau 1 résume cette activité.

## Les Réseaux de géodésie et nivellement

Les organismes chargés des levés sur les territoires français (IGN, SHOM...) ont continué leur activité dont le détail peut se trouver dans les comptes rendus annuels de la Section de Géodésie du CNFGG. Divers travaux importants sur contrat ont par ailleurs été réalisés, principalement par l'IGN. Il faut noter l'emploi de plus en plus important du système GPS pour l'établissement et la maintenance des réseaux.

Le tableau 2 résume les principaux travaux réalisés par l'IGN de 1987 à 1991, relatifs à l'équipement du territoire national (métropole et DOM-TOM). Il est important de noter que 1991 marque la fin de près d'un siècle de réfection du réseau géodésique national (NTF).

Après étude réalisée par un groupe de travail national, le principe de l'établissement et de l'entretien d'un nouveau réseau national a été adopté. Ce réseau, dit Réseau Géodésique Français (RGF), reprend les sites de la NTF et incorpore des densifications, notamment en zones urbaines. Il est appuyé sur le RRF, et donc sera dans le système ETRF89. Sa précision devra être de 10⁻⁶, et donc compatible avec l'utilisation de GPS [Boucher, 1988a].

Enfin, il faut noter l'établissement d'un Polygone d'Essai dans l'Est Parisien (PEEP) par l'IGN en 1990, adapté aux systèmes spatiaux, aux appareils de mesure électromagnétique de distances, au nivellement et aux systèmes d'arpentage inertiel.

## Réseaux géodynamiques

L'Utilisation des diverses méthodes de positionnement a trouvé une application particulièrement fructueuse dans les réseaux géodynamiques. L'IPGP, l'IGN et le CEA ont en particulier développé ce thème. Quelques illustrations de thèmes

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Fig. 4 Contribution Française au Réseau de Référence Mondial</figcaption></figure>
de recherche abordés sont mentionnés ci dessous autour de cibles géographiques :

DJIBOUTI-AFAR. L'étude des déformations crustales actuelles et récentes autour du rift d'Asal à Djibouti est poursuivie de manière régulière (annuellement) depuis une quinzaine d'année. Le rift d'Asal, un des segments actifs de la frontière entre les plaques Arabie et Afrique, constitue pour nous un laboratoire de terrain particulièrement adapté pour obtenir une image spatio-temporelle de la déformation tectonique et des relations entre contraintes, déformations et sismicité sur une frontière de plaques en extension. En effet, sur ce site on cherche en particulier à étudier le cycle du rifting, c'est-à-dire les conditions dans lesquelles se forme et évolue un rift actif analogue à ceux des dorales médio-océanniques.

Les résultats des mesures géodésiques réalisées sur ce site depuis une quinzaine d'années, ont montré qu'après la rupture cosismique de la croûte associée à la crise de l'Ardoukoba en 1978, des déformations très importantes ont continué de se produire de façon continue puisqu'elles ont atteint le taux d'ouverture de 6 cm/an autour de 1985 [Ruegg et Kasser, 1987]. Ces déformations étaient quasiment asismiques et se sont passablement atténuées depuis. En effet les mesures réalisées sur le réeau du rift d'Asal depuis 2 ans montrent que l'on est proche du taux de 1 à 2 cm/an correspondant à celui du déplacement long terme Arabie-Afrique donné par les modèles géodynamiques globaux ou régionaux.

On a cherché à obtenir une information à plus long terme que l'évaluation quasi-instantanée donnée par la géodésie. Ceci a été réalisée en 1989 par une étude néotectonique de l'altitude actuelle d'un paléorivage du Lac Asal, dont les sédiaments ont été déformés depuis 6000 ans par l'activité tectonique du rift [Ruegg et al., 1990]. Ces mesures mettent en évidence un approfondissement général de l'axe du rift atteignant 70 m, soit une vitesse moyenne de 1.2 cm/an. Ceci est beaucoup plus fort que celle qui est associé au rejeu continu des failles actives durant la période inter-crise. Par conséquent nous pensons que l'approfondissement du rift pourrait être obtenu principalement par l'effet cumulé d'une succession d'épisodes de rupture lithosphérique analogue à celui de 1978, avec en outre des phénomènes secondaires de relaxation et de fluage. La période de récurrence de ces crises serait alors inférieure au siècle. Les mouvements verticaux depuis 6000 ans expliquent environ le quart de la topographie actuelle du rift. Le rift pourrait donc avoir été formé en 25000 ans à peine. Cela implique que la zone d'accrétion est beaucoup plus réduite que le plancher interne actuel et n'atteint pas 1 km de large. L'étude fine de l'activité de chacune des failles dans l'Holocène montre que la zone tectoniquement active est cependant plus large que le plancher interne réactivé en 1978. Cette étude d'élargissement de l'échelle temporelle se poursuit en relation avec l'équipe de Tectonique de l'IPG.

En 1990, on a poursuivi la surveillance des déformations du rift d'Asal, mais notre objectif a été aussi d'élargir le domaine d'investigation de la distribution de la déformation en Afar en implantant un réseau autour du rift naissant de Manda Inakir. Nous y avons installé un petit réseau de micro-géodésie destiné à comparer les taux d'ouvertures de ces 2 rifts voisins et commencé l'étude des mouvements sur plusieurs des failles de ce rift.

Expérience GPS Djibouti-Ethiopie-Yémen : une grande opération GPS est prévue en Novembre et Décembre 1990. Ce projet a pour but d'installer un réseau géodésique dense en

Afar djiboutien appuyé sur les plaques continentales adjacentes, afin d'étudier l'ouverture de la dépression Afar et la distribution des déformations. La mesure de ce réseau sera réalisée au moyen de mesures GPS bi-fréquences pour évacuer les erreurs ionosphériques et avec l'appui sur un réseau de référence fixe permettant le recalcul des orbites des satellites. Le réseau qui devrait être remesuré au bout de cinq ans sera mis en place dans le cadre d'une coopération internationale avec des équipes américaines (MIT, JPL, UNAVCO) européens (Belgique, Espagne, ...) et avec les pays hôtés (Djibouti, Ethiopia, Yémen). Opérateur IPG Paris avec soutien INSUIST, ATP Télédétection, et collaboration IGN, GRGS.

MEXIQUE-Golfe de Californie. Les données géodésiques obtenues autour du Golfe de Californie avaient permis de mettre en évidence un déplacement significatif (32 cm entre 1982 et 1986) entre la Basse Californie et le Sonora, compatible avec ce qui est observé plus au nord sur la faille de San Andreas. L'analyse conjointe des données géodésiques, néotectoniques et sismologiques disponibles, a permis de montrer que les déformations intervenues durant cette période étaient distribuées sur une large région à travers le Golfe plutôt que localisées sur des failles [Lesage et al., 1988; Ortlieb et al., 1989].

MEXIQUE-Jalisco; Le bloc Jalisco au Mexique, présente une situation géodynamique assez complexe, controlée par l'évolution de la dorsale Est-Pacifique. Les données récentes semblent indiquer un détachement de ce bloc par rapport au continent nord américain par un processus analogue à celui de la formation du Golfe de Californie. L'analyse géodynamique de ces frontières du bloc Jalisco indique l'existence d'un point triple extensif autour de l'extrémité nord de la Laguna de Sayula, point de rencontre de trois grabens présentant une activité tectonique récente, plio-pléistocène [Barrier et al., 1990]. Dans le cadre d'un projet Jalisco, soutenu notamment par le programme DBT et par plusieurs organismes mexicains, nous avons été amenés à installer un réseau géodésique de Paris VI (J. Bourgois). L'objectif est de controler par la géodésie la grandeur et la direction des mouvements actuels autour de ce point triple. Ce réseau comprend 11 points géodésiques principaux sur une région de dimension 40 x 40 km autour du point triple. Les mesures initiales ont été réalisées en Novenbre-Décembre 1989 par distancemètre laser et GPS monofréquence. En outre, des mesures de nivellement de précision ont été réalisées sur 3 des failles les plus actives par l'INEGI mexicain dans le cadre de ce projet. Le traitement des données du réseau initial est terminé et montre une précision de l'ordre du ppm cohérent entre les mesures laser et les mesures GPS. La remesure de ce réseau est prévue dans 5 ans.

Volcanologie. Le Piton de la Fournaise : La crise éruptive de 1984 a été réanalysée en prenant en compte la totalité des données disponibles et en particulier celles des campagnes photogrammétriques réalisées avant et après la crise. Un modèle d'instrusion magmatique est proposé d'abord en utilisant une modélisation analytique directe des fissures éruptives par des dislocations [Zlotnicki et al., 1989] puis affinant la modélisation par inversion [Briole, 1990].

La réitération en 1989 des mesures géodésiques sur le réseau mis en place pour la surveillance du Piton de la Fournaise, montre que des déplacements horizontaux et verticaux d'amplitude métriques se sont produits depuis 1984, qui sont associés à l'effet cumulé des nombreuses éruptions qui sont intervenues durant cette période; les mouvements du sol constatés sont très localisés autour de la zone des cratères
<table><thead><tr><th>SITE</th><th colspan="9">RESEAUX (*)</th></tr></thead><tbody><tr><td>FRANCE</td><td>1</td><td>2</td><td>3</td><td>4</td><td>5</td><td>6</td><td>7</td><td>8</td><td>9</td></tr><tr><td>AJACCIO</td><td></td><td></td><td></td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>BREST</td><td></td><td></td><td>*</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>GRASSE</td><td></td><td>*</td><td>*</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>LONGEVILLE</td><td></td><td></td><td></td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>NANCAY</td><td></td><td></td><td>*</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PARIS</td><td></td><td></td><td></td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ST. GILLES</td><td></td><td></td><td></td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>TOULOUSE</td><td>*</td><td></td><td></td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>*</td></tr><tr><td>DOM-TOM</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>AMSTERDAM</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>HUAHINE</td><td>*</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>*</td><td></td></tr><tr><td>KERGUELEN</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td>*</td></tr><tr><td>KOUROU</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>*</td><td></td><td>*</td><td>*</td></tr><tr><td>LA REUNION</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>LE MOULE</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>*</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NOUMEA</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PAMATAI</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>*</td><td></td></tr><tr><td>PAPEETE</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>*</td></tr><tr><td>TERRE ADELIE</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>TRINITE</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>*</td><td></td><td></td></tr><tr><td>WALLIS</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ETRANGER</td><td>1</td><td>2</td><td>3</td><td>4</td><td>5</td><td>6</td><td>7</td><td>8</td><td>9</td></tr><tr><td>AREQUIPA</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ARLIT</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ATIBAIA</td><td></td><td></td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>DAKAR</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>*</td><td></td></tr><tr><td>DIONYSOS</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>DJIBOUTI</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>EASTER ISLAND</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>FAIRBANKS</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>FLORES</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>GOLDSTONE</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>HARTEBEESTHOEK</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>*</td><td></td></tr><tr><td>KAUAI</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>LIBREVILLE</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>*</td><td></td></tr><tr><td>MARION ISLAND</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>METSAHOVI</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>NY-ALESUND</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>OTTAWA</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PORT MORESBY</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PURPLE MOUNTAIN</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>REYKJAVIK</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>RICHMOND</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>RIO GRANDE</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>SAKHALINSK</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>SAN JOSE DOS CAMPOS</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>*</td><td></td></tr><tr><td>SANTIAGO</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>SIGNY ISLAND</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>SOCORRO</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>STE HELENE</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>TRISTAN DA CUNHA</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>TROMSOE</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>YELLOWKNIFE</td><td>*</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

<caption>Tableau 1. Contribution française au Réseau de Référence Mondial</caption>

<footnote>(*) 1 : DORIS</footnote>

<footnote n="2">2 : LASER SATELLITE</footnote>

<footnote n="3">3 : VLBI</footnote>

<footnote n="4">4 : GPS EUREF</footnote>

<footnote n="5">5 : PRANET</footnote>

<footnote n="6">6 : GPS GOTEX-1</footnote>

<footnote n="7">7 : GPS TANGO</footnote>

<footnote n="8">8 : GIG 91</footnote>

<footnote n="9">9 : MEDOC</footnote>
<table><caption>Tableau 2. Campagnes de Géodésie réalisées par l'IGN en 1987-1991</caption><thead><tr><td>Année</td><td>Campagne</td><td>Quantité</td></tr></thead><tbody><tr><td>1987</td><td>Réfection géodésique NTF Laonnais, Barrois, Maurienne</td><td>7 000 km² 676 points</td></tr><tr><td>1987</td><td>Rattachement des Iles Loyauté</td><td></td></tr><tr><td>1987</td><td>Nivellement Champagne, Franche-Comté</td><td>6 581 km</td></tr><tr><td>1987</td><td>Nivellement Martinique</td><td>612 km</td></tr><tr><td>1988</td><td>Réfection géodésique NTF Val de Seine, Champagne</td><td>8 000 km² 856 points</td></tr><tr><td>1988</td><td>Réfection géodésique Martinique</td><td>1 100 km² 80 points</td></tr><tr><td>1988</td><td>Nivellement Ile-de-France, Bourgogne</td><td>5 218 km</td></tr><tr><td>1988</td><td>Nivellement Guadeloupe</td><td>789 km</td></tr><tr><td>1989</td><td>Réfection géodésique NTF Jura Nord</td><td>5 648 km² 588 points</td></tr><tr><td>1989</td><td>Nivellement Nord Picardie</td><td>4 901 km</td></tr><tr><td>1989</td><td>Nivellement Réunion</td><td>638 km</td></tr><tr><td>1990</td><td>Réfection géodésique NTF Haute Saone</td><td>5 420 km² 562 points</td></tr><tr><td>1990</td><td>Nivellement Picardie, Ardennes, Toulouse-Est</td><td>3 821 km</td></tr><tr><td>1991</td><td>Réfection géodésique NTF Landes</td><td>4 612 km² 400 points</td></tr><tr><td>1991</td><td>Réfection géodésique Guadeloupe</td><td>1 780 km² 120 points</td></tr><tr><td>1991</td><td>Nivellement Nord-Picardie, Midi-Pyrénées</td><td>5 950 km</td></tr></tbody></table>

sommitaux. Ils correspondent à l'ouverture de fissures et à l'injection de nombreux dykes ayant alimenté ces éruptions, et aussi au décollement de la zone des Grandes Pentes.

Etna : Dans le cadre du PIRPSEV, un réseau d'inclinomètres avait été mis en place sur l'Etna à partir de 1986 pour la surveillance des déformation. Ce réseau a été complété en 1987 par des dispositifs locaux de microgéodésie. Les premiers résultats sur les performances instrumentales ont été présentés lors d'un workshop à Capri en 1988. Une éruption a eu lieu en septembre 1989 sur l'Etna. Les dispositifs mis en place ont permis [Briole et al., 1988]; (a) de quantifier la géométrie d'une fracture éruptive (géodésie); (b) de quantifier la propagation dans le temps de cette fracture (inclinométrie); (c) de mettre en évidence une déformation du sol pré-éruptive sur une période de 6 mois (inclinométrie). En outre des mesures GPS en 1988, on permis d'élargir la zone investiguée et d'effectuer les premiers tests méthodologiques comparatifs entre le GPS et la géodésie terrestre.

Il faut aussi rappeler certaines expériences pilotes définies dans le cadre du projet DORIS, à savoir :

- Djibouti (cf ci-dessus),

- Hawaii, pour la surveillance volcanologique,

- St Etienne de Tinée, pour la surveillance d'un glissement de terrain.

De plus, des études méthodologiques sont en cours, notamment à l'IGN [Jault, 1991].

## Réseaux marégraphiques

Plusieurs campagnes de rattachement de marégraphes au système conventionnel de l'IERS (précédemment BIH) ont été réalisées par l'IGN depuis 1986 (Manche, Méditerranée, Antilles Françaises, Pacifiques...), utilisant GPS ou DORIS [Boucher et al., 1990; Willis et Boucher, 1988b; Willis et al., 1987].

## REFERENCES

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Zlotnicki, J., J.C. Ruegg, P. Bachelery and P.A. Blum, Eruptive Mechanisms on Piton de la Fournaise volcano, associated with the December 4, 1983 and January 18, 1984 eruptions from ground deformation monitoring and photogrammetric surveys, *J. Volc. Geotherm. Res.*, 1989.
# LES TECHNIQUES DE LA GEODESIE SPATIALE
EN FRANCE

FRANÇOIS BARLIER

Observatoire de la Côte d'Azur

Centre d'Etude et de Recherches Géodynamiques et Astrométriques

Groupe de Recherche de Géodésie Spatiale

Avenue Copernic - 06130 Grasse

Les techniques de géodésie spatiale ou reliées à elles ont vivement progressé soit dans le sens de l'exactitude soit dans le sens de la fiabilité et de leur utilisation opérationnelle et routinière. Elles concernent tant le positionnement au sol (GPS, LASER, VLBI, DORIS), que l'altimétrie des océans (développement de l'altimètre POSEIDON), et le système d'orbitographie de satellite (le système DORIS). Elles concernent aussi la définition précise des échelles de temps et des références de fréquence, le transfert du temps et des fréquences pour le mettre à disposition des utilisateurs (GPS, METEOSAT, LASSO, MITREX). A noter enfin l'effort fait dans la préparation d'une mission champ de gravité par gradiométrie. Cela conduit au développement d'accéléromètre pouvant être sensible au picomètre par seconde carré. Ces différents aspects vont être brièvement présentés à partir des documents préparés par les responsables des développements.

The Space Geodesy Techniques developed and utilized in France are briefly presented : Positioning and Satellite tracking (LASER, DORIS, VLBI, GPS), Altimetry (ALT "Solide State Altimeter"), Gradiometry (Accelerometer, development at NERA in the frame of ESA/NASA Aristoteles mission) Time and frequency transfert (GPS, LASSO, MITREX).

## LE SYSTEME D'ORBITOGRAPHE DORIS

Le système DORIS (Détermination d'Orbite et Radiopositionnement Intégrés par Satellite) a été conçu et développé par le Centre National d'Etudes Spatiales, le Groupe de Recherche de Géodésie Spatiale et l'Institut Géographique National (Figure1). De nombreux industriels

tème de mesure de vitesse radiale par effet Doppler est très exact (0,3 mm/sec). Le système DORIS sera embarqué à bord du satellite TOPEX/POSEIDON, satellite océanographique dont on veut une trajectoire de grande précision, avec une erreur radiale, de l'ordre du décimètre (Figure 3). Il a déjà été embarqué sur le satellite français SPOT2 et le sera sur les satellites SPOT3 et SPOT4, assurant la pérennité du système pour plus d'une décennie.

Grâce à un nouveau modèle de champ de gravité amélioré à partir des mesures DORIS elles-mêmes, la précision de l'orbite a été estimée en 1990 à 30 cm en radial et à 1.5 m le long de la trace pour le satellite SPOT2.

Le système DORIS peut permettre aussi la localisation de points au sol pour laquelle il donne d'excellents résultats. Des expériences ont eu lieu soit en reprenant le traitement des balises d'orbitographie, soit avec des balises de terrain implanterées à Djibouti. D'autres expériences démarrent, en France à St Etienne de Tinée pour la surveillance d'un glissement de terrain, à Hawaï (un secteur d'activité volcanique). En 1990, en positionnement absolu, il a été démontré que la stabilité sur 3 jours de coordonnées calculées était de 25 cm. En relatif sur des distances de 15 à 45 km, on obtient des fluctuations de moins de 5 cm en 10 jours et une exactitude de 2 cm.

La plupart de ces chiffres devraient être améliorés ultérieurement. (Le point de contact pour toute information sur ce projet est Monsieur Michel DORRER, Chef du projet DORIS CNES, 18, avenue E. Belin, 31055 Toulouse cédex ou Monsieur GROS, CLS, 18, avenue Edouard Belin, 31055 Toulouse cédex).

D'autres applications existent potentiellement. Ainsi du point de vue orbitographie, le système DORIS pourrait être particulièrement adapté pour des satellites orbitant à des altitudes relativement peu élevées par exemple à 400 km, permettant une amélioration substantielle de notre connaissance du champ de gravité. C'est le projet BRIDGE. Grâce au système DORIS, on pourrait pour la première fois obtenir une excellente couverture de la trajectoire et donc gagner beaucoup dans la connaissance du champ de gravité (Figure 4).

Les références sont : Valette et al., [1990], Willis et al., [1989a, 1989b].

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

Fig. 1 Principe de DORIS. Système embarqué sur le satellite SPOT. Il y a 3 types de balises au sol : la balise maitresse, les balises d'orbitographie pour la détermination de l'orbite, les balises de localisation.

français y ont participé. Il répond en priorité à de nouveaux besoins dans le domaine de la détermination opérationnelle et précise d'orbite réalisée dans des délais très courts. Le calcul est fait de manière relativement automatique, avec un minimum d'intervention humaine. Le système est basé sur une couverture exceptionnelle de la trajectoire. Environ 40 stations de poursuite ont été réparties autour du globe (Figure 2). La précision est ensuite réalisée grâce à un système extrême-ment homogène comprenant un récepteur à bord du satellite, des balises émettrices d'orbitographie toutes de même type (émission à 2 fréquences pour permettre la correction des effets ionosphériques), un système de datation unique. Le sys-
# BALISES D'ORBITOGRAPHIE DORIS (Octobre 1990)

petits carrés : en projet

grands carrés : installées

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Fig. 2 Réseau DORIS pour la détermination précise d'orbite</figcaption></figure>

## LA STATION DE TELEMETRIE LASER SUR SATELLITES ARTIFICIELS À GRASSE

La station de télémétrie laser de Grasse (OCA/CERGA/GRGS) est devenue progressivement de plus en plus opérationnelle grâce à une amélioration de sa fiabilité et au développement du système informatique, permettant un niveau d'automatisme élevé. Le nombre de passages de satellites observés a été croissant, plaçant la station en tête du peleton des stations du réseau mondial (Figure 5). Ainsi plus de 600 passages de Lageos ont été observés en 1989 (la

moyenne pour les stations du réseau est de l'ordre de 230). Le taux des jours d'observation réussie (nuit et jour) est un peu supérieur à 70% (Figure 6). La distance Terre-Satellite est mesurée avec une précision de l'ordre de 2 à 3 cm.

En parallèle à cet effort, une station légère de télémétrie laser est en cours de développement. Le poids total ne devrait pas dépasser 200 kg, répartissable en container de 40 kg, avec une capacité de viser près du zénith pour la calibration des altimètres océanographiques qui seront lancés en 1992 (mission franco-américaine TOPEX/POSEIDON). Le diamètre de l'optique de réception est seulement de 20cm, les conditions de température pouvant varier de -10°C à 35°C. Cette station bénéficiera de tous les perfectionnements techniques permettant une miniaturisation des équipements. La précision de la station devrait être de l'ordre du centimètre. (Figure 7).

Les références sont: *Pierron et al.* [1989], *Pierron and Kasser* [1989].

## LA STATION DE TELEMETRIE LASER-LUNE À GRASSE

La station de télémétrie laser-Lune à Grasse (Figure 8) a continué de progresser très significativement au cours des dernières années. Les 4 réflecteurs déposés sur la Lune vers les années 70, sont régulièrement observés (3 ont été déposés par les missions américaines Appollo, 1 construit en France a été déposé par une mission soviétique) (Figure 9). La station laser-Lune observe le plus grand nombre de mesures, mais il serait souhaitable que d'autres stations augmentent significativement le nombre de leurs observations (Figure 10).

Tous ces résultats sont obtenus grâce à une automatisation extrêmement poussée de la station et à un logiciel très perfor-

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Fig. 3 Système embarqué sur le satellite TOPEX POSEIDON (coopération France/USA)</figcaption></figure>
DEVELOPPEMENT DU MODELE DE GRAVITE

<figure><img src="image_12.png" /></figure>

Fig. 4 Le système DORIS embarque sur un petit satellite, en orbite à 100 km, en devient permettant d'améliorer de manière significative, le champ de gravité terrestre comme il le fait déjà à 800 km sur la platine-forme de Spot 3.

<figure><img src="image_13.png" /></figure>

Fig. 5 Nombre de passages annuel d'atelites observés à GRASSI

<figure><img src="image_14.png" /></figure>

Fig. 6 Un diagramme d'une période d'observation à la station laser-satellite de GRASSI en 1988.

<figure><img src="image_15.png" /></figure>

Fig. 8 Configuration de la station laser - lune à Grasse.

<figure><img src="image_16.png" /></figure>

Fig. 7 Schéma de la station laser ultra-mobile développée au GRGS (CERGA et IGN).
mant. La station vise à améliorer la précision des mesures pour atteindre si possible quelques millimètres dans les prochaines années. Pour cela, la station a désormais la capacité de faire des mesures dans le vert (0.53 µm) et dans l'infrarouge (1,06) (Figure 11). Ceci a été possible par le développement de la détection, des échos de retour par photodiode à avalanche.

Les références sont : Veillet et al. [1989a, 1989b], Veillet et al. [1990], Mangin et al. [1989].

## RECHERCHE ELECTRO-OPTIQUE EN TELEMETRIE LASER À GRASSE

En parallèle aux observations et aux campagnes de mesures répondant aux objectifs des différentes missions de géodésie spatiale, des recherches spécifiques sont menées dans le domaine de la télémétrie laser. A long terme, elles visent au développement de la télémétrie spatiale à bord de station orbitale (station laser inversée, participation à l'expérience G.L.R.S (Global Laser Ranging System)) dont l'objectif est d'assurer le suivi des mouvements de certaines zones instables très actives, grâce à une haute densité de points contrôlés et grâce à une très haute précision de localisation relative de l'ordre de quelques millimètres. Ces recherches visent aussi au développement de l'altimétrie laser dont les applications sont nombreuses en géophysique (par exemple topographie des continents) en glaciologie et océanographie (calibration des altimètres radioélectriques), en météorologie (topographie des nuages), en métrologie du temps et des fréquences (expérience LASSO inversée dont le principe est exposé plus loin). A moyen terme, des recherches visent à mettre de nouvelles techniques à la disposition de la télémétrie laser classique mais elles visent aussi à développer certaines applications spécifiques (mesure de distance précise au niveau du sol sur des distances de 50 ou 100 km) couplées avec des mesures sur satellites ou expérience Landmark (laser de positionnement sol pour Meteosat), ou encore développement d'une station de calibration pour l'expérience de synchronisation d'horloges par télémétrie laser (voir plus loin l'expérience LASSO).

Actuellement plusieurs lasers ont été développés ayant des impulsions brèves (10 à 13 ps) (Figure 12) et une énergie importante (50 à 100 mj à 1,06 et 1,08 ps). Par doublage et triplage de fréquence et Raman excité, les fréquences suivantes ont été obtenues :

<table><tr><td>1,06 / 1,08 µm</td><td>fondamental</td></tr><tr><td>0,53 / 0,54 µm</td><td>doublage et fréquence</td></tr><tr><td>0,35 / 0,36 µm</td><td>triplage de fréquence</td></tr><tr><td>0,67 / 0,68 µm</td><td>Raman excité dans l'hydrogène à partir des fréquences 0,53 / 0,54 µm</td></tr></table>

Ces expériences présentes et futures peuvent être montées sur une tourelle de très haute précision permettant un pointage à quelques secondes de degré près; L'ensemble Emission/Réception est composé d'une structure nid d'abeille/fibre de carbonne Kevlar, d'un télescope de 400 mm de diamètre avec miroir allégé pour la réception, d'un télescope de 100 mm de diamètre pour l'émission, d'un télescope de 50 mm pour la reprise et la focalisation de faisceau de réception.

Les références sont : Cerruti-Mario and Gaignebet [1989], Lund and Gaignebet [1990a, 1990b], Prochazka et al. [1986].

## AUTRES TECHNIQUES UTILISEES

D'autres techniques qui ont été initialement développées à l'étranger sont aussi largement utilisées en France.

### La technique V.L.B.I en Géodésie/Astrométrie.

La communauté française ne dispose pas encore d'une grande antenne spécialisée sur la technique V.L.B.I (Very Long Base Interferometry). Cependant cette communauté a participé activement à plusieurs campagnes et au dépouillement des données existantes.

Ainsi on a montré et, pour la première fois, quantifié l'influence de la structure des sources radio sur les grandeurs qu'il est possible de déterminer par le V.L.B.I et sur les résultats des expériences de V.L.B.I géodésique.

Une analyse globale des données V.L.B.I et laser-Lune (menée au J.P.L) a permis de déterminer les corrections aux modèles classiques de la précession et de la nutation avec une précision inégalée.

Une technique nouvelle d'observation V.L.B.I avec référence de phase, a été développée pour obtenir une précision meilleure que 0.001 seconde de degré sur les positions astrométriques de sources radio très faibles comme les étoiles radio. Cette technique est également utilisée pour les pulsars milliseconde. Ces deux applications sont fondamentales pour obtenir de meilleurs liens entre les systèmes de référence célestes. Des développements instrumentaux permettront également d'améliorer considérablement les observations V.L.B.I de pulsars.

Enfin on peut mentionner les premiers efforts pour développer un nouveau logiciel d'analyse V.L.B.I pour la géodésie et l'astrométrie par une collaboration de chercheurs et d'ingénieurs de l'I.G.N, de l'Observatoire de Paris et du B.I.P.M.

Les références sont : Charlot [1989], Charlot [1990], Charlot et al. [1990], Fayard [1989], Petit [1990], Petit and Charlot [1989], Petit et al. [1990].

### Le système G.P.S.

Le système G.P.S. (Global Positioning System) est un système de positionnement américain d'une vingtaine de satélites orbitant à 20 000 km. L'utilisation de ce système s'est généralisé à l'échelle mondiale. En France on peut noter que les instituts, les sociétés, les laboratoires l'utilisent de plus en plus, en coopération nationale ou internationale (INSU, SHOM, GRGS, IPGP, CNIG,...). Un parc de balises "2 fréquences" existe désormais en France et se trouve à la disposition des utilisations dans le cadre d'accord de coopération. Une station fixe vient d'être installée en Afrique du Sud.

Comme on le constate, la communauté géodésique et géophysique va disposer de nombreux systèmes de localisation de très haute précision si l'on ajoute encore le système allemand PRARE qui doit être lancé à bord du satellite européen ERS1 en mai 1991. Cette diversité correspond à des besoins spécifiques des applications nombreuses de la géodésie spatiale aux geosciences. Elle est aussi l'unique façon de détecter les erreurs systématiques propres à chaque système. Dans cet esprit, on pratique de plus en plus la colocation de de nombreux points des réseaux (en même lieu, on installe plusieurs systèmes). Ceci a été fait en de nombreux endroits du réseau DORIS (avec les lasers, les antennes VLBI, les réseaux GPS, PRARE).

## LE TEMPS/FREQUENCE DU POINT DE VUE DE LA GEODESIE SPATIALE

Les mesures d'intervalle de temps sont d'une importance primordiale en géodésie spatiale. Il faut en conséquence avoir des sources de Temps/Fréquence fiables, accessibles Césiums, Masers à hydrogène. En outre, il faut avoir accès à une référence unique de temps comme le Temps Atomique International (TAI). Dans ce domaine, les liaisons spatiales jouent un rôle majeur pour réaliser les fréquences, les échelles de temps, leur accessibilité et inter-comparaison. Elles ont l'avantage d'une facilité d'accès toujours plus grande et d'une redondance de possibilités (satellites de télévision, G.P.S, expérience LASSO sur Meteosat décrite plus loin, expérience MITREX sur satellite de télécommunication (Microwave Time and Ranging Experiment)). En France, les références nationales sont données par le Laboratoire Primaire de Temps et Fréquence situé à l'Observatoire de
<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Distribution de points normaux par réflecteur</figcaption></figure>

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Fig. 11 Une série d'échos provenant d'Apollo 15. Chaque point, est un événement (bruit ou retour) dans l'intervalle (+/- 50 ns) centré sur la distance prédite, il est rouge ou vert (sur l'écran pas sur cette copie !) suivant son origine (PMT ou photodiode). L'axe des x représente le temps (heure minute). L'histogramme à gauche ajoute les évènements dans le vert. L'histogramme de droite, fait la même chose dans l'infrarouge. Dans cette série, les échos arrivent dans le vert (le grand pic de gauche) et dans l'infrarouge (le grand pic de droite).</figcaption></figure>

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Fig. 13 Vue schématique de l'expérience LASSO. Le transfert de temps est effectué avec l'oscillateur embarqué qui fournit une échelle de temps intermédiaire pour la détermination des biais des horloges des stations</figcaption></figure>

<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Fig. 10 Observations réalisées par le réseau internationa de stations laser lune en 1988 et 19889</figcaption></figure>

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Fig. 12 Exemple d'une émission laser très brève pour la télémétrie</figcaption></figure>

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>Fig. 14 La figure montre les échos obtenus avec Météosat. Pour tous les points présentés ici pour les satellites, l'axe des x représente le temps (l'unité est 1000 secondes) les résidus sur le temps aller-retour sont sur l'axe des y en nanosecondes.Chaque point est un évènement (bruit ou retour) détecté par le PMT ou la photodiode. La ligne des points en haut représente les retours dans le vert et la ligne des points en bas représente les photons dans l'infrarouge.Là différence de distance ne provient pas du retard troposphérique, mais des différents retards électroniques dans les appareils de réception, les cables,... à la station elle même.</figcaption></figure>
## UN GRADIOMETRE EMBARQUABLE POUR LES ANNEES 1990 (ONERA)

<figure><img src="image_23.png" /></figure>

Fig. 15 Graphique des résultats des temps détections à bord en fonction des temps de tir, résidus relatifs à un modèle polynomial. 1ère session du 8 Novembre 1990 données OCA.Le RMS 0,67 ns n'est que deux fois plus fort que celui pour les temps des échos. Cela montre que les sauts de temps à bord de LASSO sont à un niveau largement inférieur à la nano-seconde et que l'oscillateur n'a pas de comportement suspect.

Paris (L.P.T.F) et les références internationales par le Bureau International des Poids et Mesures (B.I.P.M). Le L.P.T.F est un laboratoire métrologique de référence du Bureau National de Métrologie et de l'Observatoire de Paris. Il étudie et réalise des sources de fréquences de très haute qualité: étonnage de laboratoire utilisant le pompage optique, lasers CO2 dans l'infrarouge, lasers dans le visible.

Actuellement le système G.P.S (Global Positionning System) est utilisé par la quasi-totalité des laboratoires horaires pour comparer les horloges distantes avec une très grande précision pouvant atteindre quelques nanoseconds (si un effort est fait dans la localisation des stations et dans le calcul d'éphémérides précises). Le B.I.P.M, à Sèvres, s'emploie très activement à l'extension généralisée de cette technique. Cependant des erreurs systématiques sont toujours à craindre, c'est pourquoi, à Grasse, un effort d'utilisation comparative des différentes méthodes est en cours avec les expériences LASSO et MITREX. Les premiers résultats de ces expériences viennent d'être connus; d'ores et déjà on peut indiquer que l'expérience LASSO embarquée à bord du satellite européen Meteosat P2 a été un succès. On cherche à dater à bord du satellite l'arrivée de signaux lumineux laser en provenance de deux stations sol. Connaissant en outre les distances station-satellite, grâce à la télémétrie laser, on peut en déduire les écarts absolus entre les échelles de temps de référence des stations A et B (Figure 13). La première expérience a été réalisée entre la station laser-Lune de Grasse et la station laser-satellite de Graz. Un exemple de télémétrie est donné dans la figure 14 et les premiers résultats dans la figure 15.

La référence est: Veillet et al. [1990].

## L'ALTIMETRE SSALT DEVELOPPE PAR LE CNES

Il est intéressant de noter que le C.N.E.S vient de développer un nouvel altimètre pour la détermination de la surface topographique des océans.

En raison de sa technologie, cet altimètre est qualifié d'être à état solide (Solid State Altimeter). L'objectif est d'atteindre par une nouvelle technique un système à faible puissance, à faible poids et à faible coût (Figure 16). Ce système devrait atteindre une précision de quelques centimètres. Il sera embarqué à bord du satellite TOPEX/POSEIDON, couplé avec le système d'orbitographie DORIS qui permettra d'obtenir en plus d'une excellente trajectoire, une très bonne connaissance des effets ionosphériques.

De nombreuses études théoriques ont montré que la connaissance homogène du champ de gravité terrestre, avec une fine résolution spatiale de l'ordre de la centaine de kilomètres, nécessiterait une technologie spatiale spécifique comme la gradiométrie (voir le rapport de Monsieur Balmino). Avec le support de grands organismes spatiaux comme le C.N.E.S et l'E.S.A, l'O.N.E.R.A a poursuivi avec succès des études technologiques dans cette direction. Ces technologies dérivent d'un long effort de plus de 20 ans dans ce domaine de métrologie de pointe. Sur le plan spatial, ces études ont débouché il y a plus de 15 ans sur le développement d'un microaccéléromètre embarquable (Expérience CACTUS/CASTOR dont le succès est connu). Les performances en précision ont atteint quelques $10^{-10} \text{ ms}^{-2}$.

Aujourd'hui la résolution raisonnablement attendue en gradiométrie étant de l'ordre de $10^{-2} \text{ Eötvös}$ dans une bande fréquence 0,005 Hz-0,125 Hz, il faut atteindre une résolution meilleure que $10^{-11} \text{ ms}^{-2}$, soit si possible quelques $10^{-12} \text{ ms}^{-2}$ en poussant la résolution espérée à l'itrême avec un temps d'intégration de 4 s. On peut parler de picoaccélérométrie. Ces performances nécessitent un long effort et de nombreux tests, notamment dans l'Espace.

Le principe de l'accélérométrie spatiale de très haute sensibilité, est en lui-même très simple. On cherche à maintenir, sans contact matériel, une masse d'épreuve à l'intérieur d'une petite cage placée à bord d'un satellite artificiel. La mesure des forces d'origines electro-statiques qu'il faut exercer pour réaliser ce non contact, permet la détermination des très faibles accélérations subies par la cage enfermant la petite masse d'épreuve. La Figure 17 donne l'éclatement des parties mécaniques d'un petit accéléromètre. On peut atteindre les caractéristiques suivantes: masse: 5kg; volume: 5 litres; puissance: 5 W; axes sensibles: échelle totale de variation $10^{-4} \text{ ms}^{-2}$; résolution pour 6s d'intégration $5.10^{-12} \text{ ms}^{-2}$; axes moins sensibles: échelle totale de variation $10^{-3} \text{ ms}^{-2}$; résolution pour 6s d'intégration $5.10^{-10} \text{ ms}^{-2}$; stabilité thermique requise: $10^{-2} \text{ C}$.

Le principe de la gradiométrie est aussi très simple. On considère deux masses d'épreuves à l'intérieur de 2 cages (accéléromètres) placées à bord d'un satellite artificiel. La mesure différentielle des forces à exercer pour maintenir sans contact les masses d'épreuve, est une mesure directe du gradient de gravité existant à l'intérieur du satellite artificiel. En pratique, on ne peut mesurer avec une égale précision toutes les composantes du tenseur du gradient de gravité et on doit se limiter actuellement à 1,2 ou 3 composantes maximum. Dans cet esprit, on dispose de 4 accéléromètres placés dans un plan perpendiculaire au vecteur vitesse du satellite, les mesures le long de ce vecteur étant moins précises et plus difficiles du fait du freinage exercé par l'atmosphère (Figure 18). Ce développement technologique s'inscrit aujourd'hui dans le cadre de la mission champ de gravité ARISTOTELES, mission développée dans une coopération ESA/NASA. Cette mission concerne tant le champ de gravité que le champ magnétique de la Terre. Comme sous-produit du système de tracking GPS proposé, on doit noter également des mesures extrêmement intéressantes concernant l'atmosphère terrestre (par exemple la température de la stratosphère).

La référence est: Bernard and Touboul [1989].
CNES ALTIMETER ELECTRONICS

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>Fig. 16 1ère expérience embarquée sur le satellite TOPEX-POSEIDON (lancement prévu mi-92)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_25.png" /><figcaption>Fig. 17 Parties mécaniques de l'accéléromètre GRADIO. Cet accéléromètre sera placé à bord de la mission ARISTOTELES (mission ESA/NASA prévue en 1997)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>Fig. 18 Plan du gradiomètre pour la mission ARISTOTELES (Mission ESA/NASA prévue en 1997).</figcaption></figure>
REFERENCES

Bernard, A., and P. Touboul, Spaceborne gravity gradiometer for the nineties, *AIG 125th Anniversary, General Meeting, Edinburgh*, August 3-12, 1989.

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Charlot, P., Structure des sources radio extragalactiques dans les observations VLBI d'astrométrie et de géodynamique, *Thèse de Doctorat de l'Observatoire de Paris*, 1989.

Charlot, P., Radio-source structure in astrometric and geodetic Very Long Baseline Interferometry, *Astron. J.*, 99(4), 1309-1326, 1990.

Charlot, P., O.J. Sovers, J.G. Williams and X.X. Newhall, A global VLBI/LLR analysis for the determination of precession and nutation constants, *IAU colloquium 127, Reference Systems, Virginia Beach, October 14-20, 1990*.

Fayard, T., Instrumentation VLBI et applications à l'observation des pulsars rapides, *Thèse de Doctorat de l'Observatoire de Paris*, 1989.

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Mangin, J.F., C. Dumoulin and Ch. Veillet, Avalanch photodiode detection at 1.06 micrometer, *Seventh International Workshop on Laser Ranging Instrumentation, Matera, October 2-8, 215-218, 1989*.

Petit, G., The use of millisecond pulsars to link celestial reference frames, Eds N. Capitaine et S. Debarbat, *Actes Journées Systèmes de référence spatio-temporels Paris, Mai*, 293-298, 1990.

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Petit, G., T. Fayard and J.F. Lestrade, A method to enhance the cross correlation of millisecond-pulsar VLBI data: observations of PSR

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Veillet, C., D. Féraudy, J.M. Torre, J.F. Mangin, P. Grudler, F. Baumont, J. Gaignebet, J.L. Hatat, W. Hanson, A. Clements, J. Jespersen, M. Lombardi, D. Kirchner, G. Kirchner, H. Ressler, S. Fassl, W.J. Klepczynski, P.J. Wheeler, W. Powell, A. Davis, M. Granveaud and P. Uhrich, LASSO, Two-way and GPS time comparisons: a (very) preliminary status report, presented at "Precise Time Interval (PTTI)", meeting at Tysons Corner/Vienna, Virginia, December 4-6, 1990.

Veillet, C., J.F. Mangin and J.M. Torre, First two colour results at CERGA LLR station, *Seventh International Workshop on Laser Ranging Instrumentation, Matera, Italy, October 2-8, 261-266, 1989b*.

Willis, P., A. Biancale, C. Boucher, A. Cazenave, M. Dorrer, M. Kasser and F. Nouel, The DORIS system: overview and plans, *5th International Geodetic Symposium on satellite positioning, Las Cruces, 1989a*.

Willis, P., C. Boucher, M. Kasser, A. Biancale, A. Cazenave, M. Dorrer and F. Nouel, The DORIS satellite radio-tracking system: status and plans, *International Association of Geodesy, 125th Anniversary General Meeting, Edingburg, 1989b*.
# CHAMP DE GRAVITE ET GEOIDE

PIERRE LOUIS

Centre Géologique et Géophysique-Université de Montpellier-34095 Montpellier Cedex 5

GEORGES BALMINO

Groupe de Recherche de Géodésie Spatiale-14, Avenue E. Belin-31400 Toulouse

Le texte suivant présente les études sur le champ de gravité et le géoïde en distinguant d'une part les méthodes et d'autre part les organismes conduisant ces recherches. (1) Les travaux gravimétriques de terrain menés par le BRGM, l'IFREMER, les IPG (Paris et Strasbourg), l'ORSTOM, les Universités de Montpellier, Nantes et Orsay, les sociétés CGG et CPGF. (2) Les méthodes spatiales, étudiées particulièrement dans le cadre du GRGS: analyse des méthodes de calculs en cours (GRIM4), en collaboration avec le DGFI, et des projets (ARISTOTELES).

The following text presents the researches on gravity field and geoid model. (1) Fields works by BRGM, IFREMER, IPG, ORSTOM, Universities, CGG and CPGF. (2) Spatial methods, researches conducted by the GRGS (with DGFI) on GRIM4 solution and ARISTOTELES project.

## TRAVAUX GRAVIMETRIQUES

Les études ont été conduites en France, dans ce domaine, par les organismes suivants: le Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM); l'Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la mer (IFREMER); les Instituts de Physique du Globe de Paris et de Strasbourg (IPG); l'Institut Français de Recherche Scientifique pour le Développement en Coopération (ORSTOM); des universités: Montpellier, Nantes, Orsay; des sociétés de service: Compagnie Générale de Géophysique (CGC), Compagnie de Prospection Géophysique Française (CPGF).

De par la spécificité des travaux effectués par chaque organisme, nous présentons individuellement leurs activités.

### Activités du BRGM

L'activité du BRGM en gravimétrie couvre les trois aspects suivants: mise au point de méthodes et de logiciels, rôle de Service Gravimétrique national, recherche minière.

*Mise au Point de Méthodes et de Logiciels.* Dans le cadre d'une coopération avec TOTAL/CFP, le BRGM a mis au point de nouveaux outils permettant de réaliser l'inversion des données gravimétriques ou magnétiques (I.B.I.S.: inversion en cartes d'isobathes sous contrainte), leur analyse structurale (ANASTR: analyse automatique des gradients horizontaux et verticaux des champs) et le calcul d'indices de profondeur (ASA2D et ASACART: calcul d'indices de profondeur par la méthode du signal analytique).

Indépendamment de cette coopération avec TOTAL/CFP, ont été également développés des logiciels axés sur le traitement et l'interprétation des données gravimétriques dans des contextes de topographie importante (amélioration de logiciels de corrections topographiques, anomalie de Bouguer en densité variable). Ce thème de recherche se poursuit actuellement. De nombreuses applications des logiciels nouveaux ou en cours de développement ont été également réalisées, parmi celles-ci:

- Une nouvelle méthode d'interprétation combinée et interactive des données gravimétriques et géologiques a été mise au

point pour les contextes de socles affleurants et a été appliquée sur une région test (granite de Huelgoat, Massif Armoricain).

- Dans le cas des socles cachés, la même démarche doit être complétée par des traitements et des modélisations 3-D telles que la modélisation directe de l'effet gravimétrique de niveaux sédimentaires connus ("stripping") ou par l'inversion en isobathes sous contrainte (programme "IBIS"). Ces deux techniques prennent en compte ce qui est déjà connu de la géologie: géométrie et densité des marqueurs sédimentaires déduites des forages profonds, etc... On peut ainsi mettre en évidence de nouvelles structures caractérisées par des hétérogénéités de densité ou d'aimantation intrasocle. Cette approche a été utilisée pour étudier la partie centrale du Bassin de Paris.

Plus généralement ces logiciels ont été appliqués à une recompilation récente des données gravimétriques disponibles en France. La combinaison des méthodes d'analyse structurale automatique et de stripping (en gravimétrie) avec des traitements similaires du champ aéromagnétique permet de suivre en profondeur, dans la croûte varisque, des structures géophysiques fondamentales que l'on peut chercher à corréler avec des provinces ou des structures connues dans la chaîne varisque affleurante.

*Rôle de Service Gravimétrique National.* Un effort important d'homogénéisation et de vérification des données de la banque gravimétrique française a été effectué. De nouvelles études ont été informatisées et intégrées: Sud-Est: 3783 stations, Alsace: 6319 stations, Missions GPF: 501 stations, Alpes: 2735 stations, Massif Central: 3549 stations. Dans le domaine des synthèses régionales, une coopération entre l'Université de Barcelone, l'Université de Montpellier et le B.R.G.M. a permis de réaliser et d'interpréter une carte gravimétrique de la chaîne des Pyrénées qui sera publiée dans le cadre d'une synthèse franco-espagnole.

*Activité de Recherche Minière.* Des levés ont été réalisés principalement dans le Massif Armoricain et dans la région sous-cévenole.

### Activités de l'IFREMER

L'IFREMER a mené des études gravimétriques qui concer-
nent essentiellement les marges et les bassins sédimentaires continentaux. C'est dans cette voie que se poursuivront les travaux qui ont déjà conduit à l'établissement de la carte gravimétrique de la Mer Celtique. Actuellement un gravimètre marin GSS 30 est installé à poste fixe sur le N/O d'Atalante.

### Activités des Instituts de Physique du Globe (IPG)

Des travaux de recherche ont été effectués à l'IPG de Paris, à partir de données gravimétriques, sur le comportement mécanique de la lithosphère continentale dans des zones de collisions et en géophysique marine, sur la dorsale Atlantique. Par ailleurs des mesures gravimétriques en submersible (CYANA et NAUTILE) ont été recueillies lors des campagnes Hydrosnake, Vema, Teahitia.

Dans le cadre des observations volcaniques des relevés ont eu lieu sur la Montagne Pelée.

A l'IPG de Strasbourg, existe le seul gravimètre supraconducteur Français installé en 1987. Il doit permettre une meilleure investigation dans le domaine des marées terrestres mais également tout un ensemble de recherches nouvelles sur la dynamique de la Terre et de son noyau liquide sur une étendue spectrale considérable. Des calibrations précises ont été effectuées. Actuellement une analyse spectrale du signal de gravité pour des périodes inférieures au jour a montré l'existence de certains signaux d'intérêt géophysique de très faible amplitude. Il a également été observé une anomalie de gravité annuelle de l'ordre de 10µgale dont l'origine est pour l'instant inconnue.

### Activités de l'ORSTOM

#### Travaux de Terrain.
Entre 1986 et 1988, l'ORSTOM a participé, aux côtés de l'I.G.N. et sous la direction de la Defense Mapping Agency (DMA), à des campagnes de complément de mesures dans les 7 pays suivants: Mali, Guinée Bissau, Guinée Conakry, Côte d'Ivoire, Togo, Bénin, R.C.A. Plusieurs modes de positionnement ont été utilisés: dans les 3 premiers pays, le cheminement par centrale à inertie sur hélicoptère avec un point au sol tous les 9 km, les observations gravimétriques étant réalisées tous les 18 km; dans les autres pays, le système G.P.S. (Global Positioning System). Près de 2000 points ont été occupés.

Des levés complémentaires de faible extension ont été réalisés, en collaboration avec des géophysiciens nationaux: au Nord Congo sur l'Oubangui et ses affluents (Miekoutima); dans le Sud-Est du Cameroun (Ateba); sur le Krakatao en Indonésie (Zen, Harjono).

Enfin, en gravimétrie marine 2 "boîtes" ont été levées en 1987, au cours de la campagne Equamarge dans le golfe de Guinée, à laquelle l'ORSTOM a été associé.

#### Traitement des Données.
L'ensemble des données gravimétriques de l'ORSTOM a été saisi sur support informatique, les anomalies de Bouguer recalculées et vérifiées. Toutes les données, marines ou terrestres, ont été, après vérification, transmises au Bureau Gravimétrique International (BGI). Toutes les données ORSTOM d'Afrique et de Madagascar ont été transmises à l'African Gravity Project (Université de Leeds), mené à son terme en 1988.

En collaboration avec R. Barraud, de l'Observatoire National de Rio, les données du Nordeste Brésilien, provenant de la compagnie pétrolière nationale Petrobras et de diverses sources universitaires ont été traitées.

### Activités des Universités

#### Université de Montpellier, Centre Géologique et Géophysique du CNRS.
L'activité gravimétrique de cette équipe se situe dans trois domaines:

- gravimétrie régionale et structure profonde de la croûte continentale.

En accompagnement aux programmes nationaux et internationaux d'investigation sismique de la croûte continentale (ECORS, DEKORP...) des levés ont été réalisés: Pyrénées centrales, Alpes occidentales. Par ailleurs une compilation des données existantes sur le Fossé Rhénan et les régions avoisinantes a permis de dresser une carte générale de toute cette zone. Pour les Pyrénées et les Alpes des interprétations ont été publiées: la modélisation de la croûte a permis d'approcher, en combinant données sismiques et gravimétriques, la topographie du Moho et la zonation de l'ensemble crustal (croûte supérieure, croûte inférieure litiée). Pour le fossé Rhénan, les travaux sont en cours. Une coopération avec l'Université de Lubumbasni (Zaïre) a abouti en 1988, par l'utilisation d'importants levés gravimétriques, à proposer un modèle pour la branche occidentale du rift Est-Africain et à suggérer de nouvelles idées sur la structure du socle précambrien au Rwanda et au Burundi. De la même manière, un accord avec la SONATRACH a permis une étude des bassins Nord-Sahariens, en Algérie, qui a intégré la couverture gravimétrique, des données sur le flux de chaleur ainsi qu'une étude de la subsidence.

- gravimétrie et volcanologie

Une étude gravimétrique, parmi les plus complètes réalisées sur un volcan, a été conduite sur l'île de la Réunion (données à terre et en mer). La connaissance de la structure profonde de l'île et de l'appareil volcanique du Piton de la Fournaise a ainsi été considérablement améliorée. Des travaux, en relation avec le Centre de Recherche Volcanologique de Clermont-Ferrand, sont en cours dans le cadre d'une collaboration Franco-Américaine sur l'étude des calderas. Dans ce programme existe un volet gravimétrique.

- gravimétrie et recherche minières

En liaison avec le Bureau de Recherches et de Participations Minières du Maroc des études sur les amas sulfurés ont été conduites et ont permis de montrer ce que l'on pouvait attendre de la gravimétrie en fonction de l'environnement géologique.

#### Université de Nantes: laboratoire de Tectonophysique

Des mesures gravimétriques sur des plutons granitiques ont été faites pour en déterminer la forme en profondeur. De plus en liaison avec une étude structurale, ont été établies des relations entre la mise en place et les minéralisations (Uranium). ex: Saint Sylvestre (Limousin), Cabeza de Araya (Espagne), Marche (Massif Central), Cairngorm (Ecosse), la Roche/Yon (Vendée), Fichtelgebirge (RFA), Guitiriz et Hombreiro (Pays Basque espagnol). Citons également les travaux suivants: étude des relations entre la mise en place des granites et la déformation régionale; examen des relations entre la forme des racines, les structures magmatiques (foliations, linéations), le chimisme (teneur U, Th, Zr, traces) et la mise en place des massifs (Marche, Saint Sylvestre, Bavière); modélisation des anomalies gravimétriques: la fosse de subduction du Japon, l'île de Groix (en particulier un levé gravimétrique a été réalisé sur le territoire de l'Ile de Groix). Par ailleurs, des modélisations de massifs granitiques (granite d'Echassières, batholite du Mans) ont été effectuées.

#### Université d'Orsay (Paris Sud) - Laboratoire de Géophysique.
Les activités du laboratoire de Géophysique d'Orsay en gravimétrie concernent l'étude du comportement
mécanique (ou thermo mécanique) des lithosphères océanique et continentale, des modélisations de structures à différentes échelles (de l'édifice volcanique au bassin océanique) et l'acquisition et la modélisation de données de fond de mer obtenues en submersibles. Bien évidemment le laboratoire a également eu une activité d'acquisition de données gravimétriques à terre (notamment sur le volcan Krakatao).

Les études en domaine océanique ont été fréquemment effectuées à l'aide de données gravimétriques et d'altimétrie satellitaire (GEOS 3, SEASAT, GEOSAT).

Ces travaux ont été effectués dans le cadre de nombreuses collaborations: en France, avec l'ORSTOM, l'Université de Bretagne Occidentale, l'IFREMER, le BGI; au niveau international, avec l'Institut de Physique de la Terre de Moscou (M. Kogan), avec le MIT. (U.S.A.) ainsi qu'avec les équipes Japonaises dans le cadre du programme Kaiko.

Les objets d'études en domaine océanique ont été essentiellement les structures intraplaques (monts sous-marins, plateaux aséismiques) et les dorsales sans répartition géographique définie (études dans le Pacifique, l'Océan Indien et l'Atlantique). En domaine continental, des travaux ont été faits sur les zones de collision, le rift du Baikal ainsi que sur les bombements lithosphériques (Afrique de l'Ouest).

## Activités des Sociétés de Service

### Compagnie Générale de Géophysique.
Entre 1987 et 1989, la CGG a mis en oeuvre la méthode gravimétrique au sol et en mer de manière relativement conventionnelle. Les points à souligner sont les suivants:

- Microgravimétrie: très gros volume d'activité hors France (Koweit), traitement sur le territoire jusqu'au tracé des cartes résiduelles.

- Gravimétrie de reconnaissance pétrolière. Gros volume d'activité, notamment au Moyen Orient: mise en oeuvre avec centrale à inertie héliportée et calages sur des points G.P.S.; achat et mise en oeuvre de 4 gravimètres digitaux Scintrex: CG3-Autograv; généralisation de l'échelon gravimétrie dans les missions sismiques: mesures sur les profils sismiques et quelquefois hors des profils.

- Gravimétrie marine. Amélioration des programmes de traitement avec une meilleure correction d'Eötvös et des accélérations de la plate-forme.

### Compagnie de Prospection Géophysique Française.
L'activité de la CGPF, outre son caractère industriel classique en microgravimétrie et en mesures de terrain pour le pétrole, a présenté des caractères novateurs:

- gravimétrie pétrolière: retraitement de données anciennes (correction de Nettleton généralisée, Bouguer à densité variable).

- auscultation 3 D de la pyramide de Khéops et de divers tunnels en France.

- développement d'un concept plus général de l'anomalie de Bouguer.

## METHODES SPATIALES

La détermination de modèles globaux du potentiel de gravitation terrestre est une activité majeure, en France, du Groupe de Recherches de Géodésie Spatiale (GRGS) et sert les besoins de divers utilisateurs en navigation, orbitographie précise pour la localisation, et altimétrie. Les intérêts scientifiques concernent la géodésie, la géodynamique, la géophysique interne et l'océanographie.

Les méthodes classiques de calcul de modèles en harmoniques sphériques à partir de l'observation des perturbations de trajectoires donnent encore de bons résultats grâce notamment à de nouveaux systèmes d'observation plus performants: mesures de distance par télémétrie laser de précision centimétrique, système DORIS avec son réseau très dense, etc... De nouveaux modèles, dits de la génération GRIM 4, ont été récemment obtenus, en collaboration avec le Deutsches Geodätisches ForschungsInstitut (DGFI) en Allemagne.

En absolu, ces méthodes restent limitées par l'altitude minimum à laquelle un satellite peut orbiter la Terre pendant suffisamment de temps, altitude qui conditionne la résolution ultime d'un modèle - aux environs de 400 km (l'altitude joue le rôle d'un filtre exponentiel passe-bas).

En parallèle, donc, d'autres systèmes ont été étudiés, depuis maintenant plus d'une décennie, en France et dans un cadre européen. La technique proposée actuellement est la gradiométrie spatiale; elle fait l'objet d'un vaste projet initiallement dénommé GRADIO et rebaptisé ARISTOTELES par l'Agence Spatiale Européenne. Les activités instrumentales et de simulation ont été importantes depuis quatre ans, et seront également résumées.

## Méthode des perturbations et modèles GRIM 4

Les deux groupes sus-nommés, GRGS et DGFI, poursuivent leur coopération depuis près de deux décennies, travaux qui ont aboutis dans le passé à la détermination des modèles GRIM 1 (1975), GRIM 2 (1976), GRIM 3 (1983), GRIM 3-L1 (1985). Un effort considérable de révision des méthodes, mise au point de nouveaux algorithmes, sélection et traitement de gros ensembles de données de géodésie spatiale, obtenues depuis 1960, a été entrepris dès 1986 et a permis l'élaboration d'une nouvelle génération, GRIM 4, de solutions. Ces modèles sont labellés S (1 ou 2) s'ils ne contiennent que des informations provenant de l'analyse des perturbations orbitales (S, comme "Satellite") et C (1 ou 2) s'ils contiennent en outre des mesures de surface: anomalies de gravité, hauteurs du géoide provenant de l'altimétrie (C, comme "Combinaison").

### La paramétrisation du problème.
La méthode utilise essentiellement la résolution des équations d'observation, linéarisées par rapport aux conditions initiales (orbite préajustée et modèle physique de départ), par la technique des moindres carrés. Les équations requièrent le calcul très précis de chaque trajectoire et celui des dérivées partielles des éléments orbitaux par rapport aux paramètres inconnus; ceci est fait par intégration numérique (méthode de Cowell). Les équations du mouvement sont intégrées dans le système céleste instantané de la date, mobile par rapport au système céleste moyen fixe de J2000 (équateur et équinoxe moyens); la précession (modèle de Lieske, UAI 1976) et la nutation (modèle de Wahrx, UAI 1980) sont appliquées. La cinématique terrestre (rotation et mouvement du pôle) est décrite dans le système BIH/IERS ( séries 1962-1990). Le modèle dynamique comprend: (I) les forces gravitationnelles terrestres: partie statique du géopotentiel (harmoniques sphériques à calculer, y compris le paramètres GM), marées terrestres, et marées océaniques (harmoniques, suivant le modèle de Schwiderski - jusqu'au degré 19 et ordre 4); (II) les autres forces gravitationnelles, dues à la Lune, au Soleil et aux planètes; (III) les forces de frottement atmosphérique, suivant le modèle DTM de Barlier en 1977; (IV) les forces de pression de radiation, solaire directe, solaire réfléchie (fonction de l'albedo terrestre), plus la pression infrarouge terrestre suivant le modèle de Stephens, 1981. Les coordonnées des stations d'observation sont sujettes à des variations temporelles dues: aux marées terrestres [MERIT Standards, 1985], à l'effet de charge des océans (d'après Schwiderski), aux mouvements des plaques tectoniques selon le modèle AMO-2 de Minster et Jordan en 1978.
<table><thead><tr><th rowspan="2">Satellite</th><th rowspan="2">Période d'observ.</th><th colspan="2">Optique</th><th colspan="2">Laser</th><th colspan="2">Doppler</th><th rowspan="2">Surf.</th></tr><tr><th>N. Sta.</th><th>observ.</th><th>N. Sta.</th><th>observ.</th><th>N.Sta.</th><th>observ.</th></tr></thead><tbody><tr><td>EXPLORER-9</td><td>62</td><td>12</td><td>3568</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>TRANSIT-4A</td><td>62</td><td>12</td><td>512</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>TELSTAR-1</td><td>62-64</td><td>12</td><td>3828</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>AGENA</td><td>64</td><td>11</td><td>472</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>MIDAS-4</td><td>64-65</td><td>18</td><td>46814</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ECHO-1RB</td><td>65</td><td>12</td><td>1804</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>EXPLORER-19</td><td>65</td><td>14</td><td>3280</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>VANGUARD-2</td><td>66</td><td>11</td><td>2082</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ANNA-1B</td><td>66</td><td>11</td><td>3194</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>OGO-2</td><td>66</td><td>14</td><td>774</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>COURIER-1B</td><td>66-67</td><td>12</td><td>2844</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>BEACON-B</td><td>64-71</td><td>23</td><td>1542</td><td>10</td><td>1157</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>D1-C</td><td>67-71</td><td>22</td><td>2364</td><td>10</td><td>3773</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>D1-D</td><td>67-71</td><td>19</td><td>5832</td><td>11</td><td>1983</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PEOLE</td><td>71</td><td>5</td><td>78</td><td>3</td><td>588</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>GEOS-1</td><td>77-78</td><td></td><td></td><td>15</td><td>41910</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>GEOS-2</td><td>75-77</td><td></td><td></td><td>12</td><td>37265</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>BEACON-C</td><td>79-83</td><td></td><td></td><td>24</td><td>35999</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>STARLETTE</td><td>83-84-86-88</td><td></td><td></td><td>37</td><td>58521</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>LAGEOS</td><td>83-87</td><td></td><td></td><td>73</td><td>241487</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>AJISAI</td><td>86-88</td><td></td><td></td><td>18</td><td>42716</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ETALON-1</td><td>89-90</td><td></td><td></td><td>11</td><td>461144</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>GEOS-3-(ATS6)</td><td>75-78</td><td></td><td></td><td>13</td><td>17698</td><td></td><td>36730</td><td></td></tr><tr><td>SEASAT</td><td>78</td><td></td><td></td><td>12</td><td>16218</td><td>36</td><td>70630</td><td></td></tr><tr><td>OSCAR-19</td><td>84</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>40</td><td>125241</td><td></td></tr><tr><td>NOVA-1</td><td>84</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>29</td><td>123596</td><td></td></tr><tr><td>NOVA-3</td><td>87</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>23</td><td>439266</td><td></td></tr><tr><td>GEOSAT</td><td>81-87</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>44</td><td>497639</td><td></td></tr><tr><td>SPOT2</td><td>90</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>35</td><td>232641</td><td></td></tr><tr><td>RAPP (1°x1°) (anom.grav)</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>20263</td></tr><tr><td>MARSH (1°x1°)(géoide marin)</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>48521</td></tr><tr><td>Total</td><td></td><td>78988</td><td></td><td>502611</td><td></td><td>1525743</td><td></td><td>68784</td></tr></tbody></table>

Total = 2 155 863 observations

<table><caption>TABLEAU 1. Les mesures traitées dans les modèles GRIM 4</caption><thead><tr><th>Terme de comparaison</th><th>Unité</th><th>GEMT2</th><th>GRIM4-S1</th><th>GRIM4-C1</th><th>GRIM4-S2</th><th>GRIM4-C2 prélimin.</th></tr></thead><tbody><tr><td>GEMT2/géoide</td><td>m</td><td></td><td>0.98</td><td>1.09</td><td>0.98</td><td>1.05</td></tr><tr><td>GEMT2/anomalies de gravité</td><td>mgal</td><td></td><td>3.19</td><td>3.81</td><td>3.12</td><td>3.67</td></tr><tr><td>MARSH/géoide altimétrique</td><td>m</td><td>1.43</td><td>1.32</td><td>1.00</td><td>1.30</td><td>1.03</td></tr><tr><td>RAPP/anomalies de gravité</td><td>mgal</td><td>8.81</td><td>9.02</td><td>8.10</td><td>8.74</td><td>8.08</td></tr><tr><td>ATS6/GEOS 3 anomalies de gravité 5° x 5°</td><td>mgal</td><td>1.43</td><td>1.58</td><td>1.31</td><td>1.53</td><td>1.29</td></tr><tr><td>ATS6/Apollo anomalies de gravité 5° x 5°</td><td>mgal</td><td>5.56</td><td>5.64</td><td>5.35</td><td>5.51</td><td>5.33</td></tr></tbody></table>

(les champs ont tous été tronqués à 36 x 36)

<table><caption>TABLEAU 2. Tests des modèles avec les données de surface (pesanteur, géoide altimétrique) gravité déduite d'ATS6/GEOS3 ou APOLLO</caption><thead><tr><th>Satellite</th><th>Arcs durée/date</th><th>Observ.</th><th>GEMT1</th><th>GEMT2</th><th>GRIM4-S1</th><th>GRIM4-C1</th><th>GRIM4-S2</th><th>GRIM4-C2 prélimin.</th></tr></thead><tbody><tr><td>Lageos</td><td>28j/Fév.86</td><td>4300 laser</td><td></td><td>7.9 cm</td><td>8.6 cm</td><td>8.6 cm</td><td>8.3 cm</td><td>8.3 cm</td></tr><tr><td>Starlette</td><td>7j/Nov.87</td><td>305 laser</td><td></td><td>16.4 cm</td><td>11.0 cm</td><td>10.6cm</td><td>10.7 cm</td><td>10.2 cm</td></tr><tr><td>Nova 1</td><td>6j/Avr.84</td><td>8930 doppler</td><td></td><td>5.0 mm/s</td><td>4.8 mm/s</td><td>4.8 mm/s</td><td>4.7 mm/s</td><td>4.7 mm/s</td></tr><tr><td>Seasat</td><td>3j/Sept.78</td><td>2233 laser<br>4883 doppler<br>247 pts de croist.</td><td>57 cm<br>7.5 mm/s<br>63 cm</td><td>55 cm<br>7.3 mm/s<br>61 cm</td><td>61 cm<br>7.8 mm/s<br>70 cm</td><td>62 cm<br>8.1 mm/s<br>59 cm</td><td>55 cm<br>7.3 mm/s<br>55 cm</td><td>66 cm<br>7.3 mm/s<br>51 cm</td></tr><tr><td>Geosat</td><td>3j/Jan.87</td><td>4858 doppler(Tranet)<br>461 pts de croist.</td><td>5.3 mm/s<br>71 cm</td><td>4.3 mm/s<br>31 cm</td><td>4.9 mm/s<br>80 cm</td><td>4.6 mm/s<br>63 cm</td><td>4.4 mm/s<br>51 cm</td><td>4.4 mm/s<br>51 cm</td></tr><tr><td>Spot 2</td><td>3j/Juil.90</td><td>10658 doppler</td><td>9.9 mm/s</td><td>5.4 mm/s</td><td>7.9 mm/s</td><td>5.0 mm/s</td><td>1.6 mm/s</td><td>1.6 mm/s</td></tr></tbody></table>

Remarques: - Lageos, Starlette, Nova 1 : 1 C<sub>D</sub>, 1 C<sub>R</sub> par arc

- autres satellites : 1 C<sub>D</sub>, 1 C<sub>R</sub> par jour

+ un biais en fréquence par passage pour les arcs Doppler

<caption>TABLEAU 3. Tests de la qualité des modèles, représentation des trajectoires de satellites. Résidus d'observation (écarts quadratiques moyens)</caption>
Les mesures traitées dans les modèles GRIM 4. Les données spatiales comprennent des observations de direction (mesures optiques), de distance (par télémétrie laser), de décalage de fréquence (mesures de l'effet Doppler).

La solution S1 a été obtenue à l'aide des données sur 27 satellites. Pour la solution S2, les mesures Doppler des satélites GEOSAT et, récemment, SPOT 2 (observé par le réseau DORIS) ont été ajoutées.

Les solutions combinées ont été déterminées par adjonction des observations de surface constituées: (I) des valeurs moyennes 1° x 1° d'anomalie de gravité à l'air libre (grille fournie par R. Rapp, OSU en 1989) - y compris des valeurs prédites sur certaines régions; (II) des valeurs moyennes 1° x 1° de hauteurs du géoide obtenues par altimétrie spatiale (Geos 3 et Seasat) et établies à partir de la grille 0.125° x 0.125° calculée par Marsh en 1986. Ces deux ensembles de données, ajoutés à S1, ont produit C1 et, ajoutées à S2 ont produit C2. Le détail de ces lots d'observations est donné par le tableau 1.

Les solutions et leur évaluation. Plus d'une centaine de solutions ont été calculées, en variant les poids relatifs de chaque satellite ou lot de mesures. Les paramètres déterminés comprennent: les harmoniques du géopotentiel jusqu'aux degré et ordre 50 (y compris GM), <d J2/dt> (valeur moyenne de la dérive séculaire de l'aplatissement dynamique); les harmoniques d'ordre 0, 1, 2 et jusqu'au degré 6 pour 12 ondes de marées océaniques; les coordonnées de toutes les stations d'observation (environ 250 à 300 suivant les solutions), plus les dérives séculaires des longitudes et latitudes de certaines d'entre elles (pour les sites les mieux déterminés et les plus occupés - stations laser). Les solutions S1 et S2 ont été obtenues après stabilisation du système des équations normales par la loi de Kaula (avec un poids spécifiquement déterminé). La solution C2 est encore préliminaire à la date de ce rapport, la pondération relative des lots de données de surface devant y être affinée.

Les différents modèles ont été testés par rapport à la représentation des mesures de surface (y compris des observations non incluses dans ces solutions) et aussi vis à vis du modèle américain GEMT2. Le tableau 2 résume ces évaluations (les champs ont été tous tronqués à 36 x 36 par souci d'homogénéité avec GEMT2).

Ces solutions ont aussi été évaluées par leur aptitude à restituer au mieux les trajectoires de satellites. Le tableau 3 présente un résumé synthétique de ces tests pour quelques satellites: Lageos (arc de 28 jours), Starlette (arc de 7 j), Nova 1 (arc de 6 j), Seasat, Geosat, Spot 2 (arcs de 3 jours). Elle démontre la gran de qualité des modèles, en particulier la bonne capacité de S2 et C2 à représenter les trajectoires du nouveau satellite SPOT 2.

Travaux futurs. De nouvelles solutions de la génération GRIM 4 sont en cours d'élaboration. Certaines traiteront les données altimétriques de manière spécifique pour restituer simultanément le champ et la surface moyenne océanique. D'autres, à partir de mi-1991, inclueront les observations (laser et PRARE) du satellite ERS 1 (lancement en Mai 1991) et de nouvelles observations de SPOT 2 à partir d'un réseau Doris plus étendu (40 à 45 stations fin 1991, par rapport aux 35 utilisées dans les modèles ici décrits). Ultérieurement, les données (laser, Doris, GPS) du satellite TOPEX-POSEIDON seront ajoutées.

Par ailleurs, les très gros efforts entrepris depuis près de quinze ans sur l'utilisation des méthodes de centrage en géodésie spatiale aboutissent à la re création d'un logiciel de correction différentielle, d'un type particulier, ayant bénéficié de longues recherches théoriques [Exertier, 1988]. La méthode et les outils devraient être pleinement opérationnels sous peu et permettre des intégrations des perturbations à longue période de plusieurs années, et leur analyse afin de mieux déterminer les zonaux et leurs variations temporelles, les harmoniques de marées océaniques, etc...

## Gradiométrie et projet ARISTOTELES

Un gradiomètre embarqué à bord d'un satellite mesure certaines, ou toutes les composantes du tenseur gradient de gravité dans un repère fixe par rapport au satellite. L'expérience acquise en France par l'ONERA (Office National de Recherche Aérospatiale) en micro-accélérométrie ultrasensible utilisant des détecteurs capacitifs - expérience concrétisée par le succès de l'instrumentation embarquée sur le satélite CACTUS (1975-1978) et par la moisson de résultats scientifiques qui furent récoltés, a poussé cet organisme à concevoir un gradiomètre sur le principe de mesures différentes d'accélération.

La sensibilité requise pour les objectifs scientifiques identifiés en terme de résolution et précision (100 km, 1 à 5 mgals) a été fixée de quelques millièmes à un centième d'Eötvös pour une orbite voisine de 200 km d'altitude. Les contraintes ainsi imposées sur la définition de l'instrument, la calibration (qui nécessite un système permanent à bord du satellite) ont été étudiées; les impacts sur la mission et la conception du satellite porteur, en particulier le contrôle et/ou la restitution fine de son mouvement d'attitude, la connaissance de la trajectoire (le système DORIS sera sans doute utilisé) ont été analysés; les études ont été conduites à l'ONERA, au CNES et au GRGS et des solutions ont été proposées. La mission pourrait être couplée avec la cartographie du champ magnétique crustal et même avec une mission éten due en orbite plus élevée pour mesurer les variations séculaires de ce champ. Sa durée, sur une orbite basse héliosynchrone, serait d'environ 6 mois. Outre DORIS, précité, la trajectographie pourrait aussi bénéficier des sytèmes PRARE et GPS. En ce qui concerne ce dernier, les mesures pourraient être exploitées en terme de résidus de vitesse radiale et ainsi constituer une expérience complémentaire de poursuite de satellite par satellite, qui fournirait très bien les grandes et moyennes longueurs d'onde du géopotentiel, la gradiométrie déterminant elle toutes les hautes fréquences.

Les études techniques et instrumentales (développement d'accéléromètres de hautes performances par l'ONERA, définition du satellite, des sytèmes et des interfaces par divers organismes industriels européens commandités par l'ASE) ont atteint un grand degré de maturité entre 1987 et 1990. Elles devraient sans doute être complétées, et certaines refaites, si une participation de la NASA avec un récepteur GPS et une charge utile magnétométrique devient réelle. Un lancement dédié semble possible entre 1996 et 1998.

Parallèlement, des études générales d'une mission Terre-Solide, financées par l'ASE, ont été effectuées par un groupe (CIGAR) de 12 organismes scientifiques européens (CIGAR: Consortium of Investigation for Gravity Anomaly Recovery). En deux phases réparties sur environ trois ans, les européens se sont dotés de tous les algorithmes et logiciels permettant de bien exploiter une telle mission. La participation de la France à ces activités a été: la responsabilité du consortium, l'étude des erreurs provenant du freinage atmosphérique, le développement de nouvelles méthodes numériques, la simulation d'un mois de mission et l'inversion d'un champ de gravité en harmoniques de degré et ordre 100 avec une distribution de données irrégulière.

## REFERENCES

Exertier P., Precise determination of mean elements from osculting elements bg permi-analytical filtering, *Manuscripta Geodactica*, **15**, 115-123, 1990
<figure><img src="image_27.png" /></figure>
APPORT DE LA GEODESIE
DANS LE DOMAINE DE LA GEODYNAMIQUE

ANNY CAZENAVE, JEAN GOSLIN, MICHEL DIAMENT,

Groupe de Recherche de Géodésie Spatiale - Centre National d'Etudes Spatiales - 14 Avenue E. Belin, 31400 Toulouse

MARTINE FEISSEL,

Observatoire de Paris - 61 Avenue de l'Observatoire - 75014 Paris

CHRISTIAN LE PROVOST

Institut de Mécanique de Grenoble, 21 Rue des Martyrs, 38000 Grenoble

Le texte ci-dessous regroupe les principaux résultats obtenus par les équipes de recherche française dans le domaine de la Géodynamique. Les thèmes suivants sont présentés: altimétrie spatiale et Géoïde marin, activités du Bureau Central de l'IERS, niveau moyen des mers.

In this text are presented the principal results obtained by the french groups of research in Geodynamic, especially on the themes: spatial altimetry and marine geoid, IERS activities, mean sea level.

GEOIDE MARIN PAR ALTIMETRIE SPATIALE

Au cours de la dernière décennie, une cartographie directe très précise et à haute résolution des ondulations de la surface de la mer a été réalisée grâce aux mesures altimétriques des satellites Geos3, Seasat et Geosat. Ces ondulations résultent de plusieurs contributions: le géoïde qui reflète la répartition de matière à l'intérieur du globe, et la dynamique océanique (marée, circulation océanique à grande et moyenne échelle et sa variabilité, etc.). Ces contributions présentent en outre des variations temporelles: séculaires (variations du niveau moyen des mers d'origine climatique), annuelles, inter-annuelles, etc. La partie statique (géoïde) a fait l'objet de nombreuses études géophysiques en France ces dernières années, notamment sur la structure mécanique et thermique de la lithosphère océanique, sur la convection dans le manteau et sur les points chauds. La dynamique océanique commence à être étudiée grâce aux profils altimétriques répétitifs du satellite Geosat (passages du satellite au-dessus de la même trace tous les 17 jours pendant une durée de 2 ans et demi). Enfin l'intervalle de temps de 10 ans séparant les missions Seasat (1978) et Geosat (1986 - 1989) permet d'envisager la détermination de la variation séculaire de la surface moyenne de la mer.

Les ondulations à courtes et moyennes longueurs d'onde du géoïde terrestre reflètent les contrastes de densité présents dans la croûte et le manteau supérieur. La couverture globale des mesures altimétriques a suscité de nombreuses études sur le comportement mécanique à long terme de la lithosphère océanique, sur son évolution thermique et sur les couplages lithosphère-asthénosphère.

Plusieurs équipes en France ont réalisé des travaux de recherche dans ces domaines. Ce sont: le laboratoire de Géophysique (URA 1369 du CNRS) à Orsay, l'équipe "Genèse et évolution des domaines océaniques" (URA 1278) de l'Université de Bretagne occidentale à Brest, le laboratoire de Géologie de l'Ecole Normale Supérieure à Paris, IFREMER à Brest, le GRGS/CNES à Toulouse.

Ces différentes équipes ont souvent abordé des problèmes

similaires mais ont pu parfois adopter un point de vue différent ou proposer des interprétations différentes. Aussi, au lieu de présenter les principaux résultats obtenus en altimétrie spatiale de façon thématique, nous présentons les résultats marquants obtenus par chaque équipe au cours de la période 1987 - 1990.

Laboratoire de Géophysique, Université de Paris-Sud (ORSAY)

Études à courtes longueurs d'onde: détection de structures intraplaques et implications géodynamiques. Une méthode originale de détection et de localisation de monts sous-marins à partir de données SEASAT a été mise au point dans la zone de l'Archipel des Australes (Polynésie française), qui donne une précision de 15 km sur la localisation et une estimation de la taille et de la régularité morphologique. Dix monts sous-marins ont ainsi été prédits dans la zone des Australes [Baudry et al., 1987]. Ces prédictions ont été confirmées par la suite, notamment lors d'une campagne du Jean-Charcot par Pontoise en 1986; [Baudry et Diament, 1987]. Ces nouvelles informations sur la bathymétrie ont été complétées par une étude plus régionale basée sur des anomalies du géoïde filtrées aux courtes longueurs d'onde. Il a ainsi été découvert des zones de fracture qu'on ne peut interpréter comme des failles transformantes, ainsi que les traces d'un point chaud, ce qui a permis d'expliquer un certain nombre d'observations faites dans cette région. Il a été notamment montré que plusieurs points chauds avaient affecté la lithosphère à des époques bien distinctes, ce qui explique en particulier la très faible épaisseur élastique équivalente mesurée dans cette région. Par ailleurs cette zone présente des signatures de déformations intraplaques [Diament et Baudry, 1987].

Une étude sur une zone plus vaste allant des Cook à la ride de Nazca, en passant pas les Tuamotus a été effectuée. Des résultats à courtes longueurs d'onde, combinés avec ceux à plus grandes longueurs d'onde ont permis de mettre en évidence des lignes chaudes, liées à des rouleaux de convection dans le manteau supérieur. C'est sur ces lignes, que se mettraient en
place les structures volcaniques. Cette interprétation permettrait d'expliquer pourquoi les points chauds "classiques" dans cette région du monde sont alignés les uns par rapport aux autres suivant le mouvement absolu des plaques. Par ailleurs il est proposé que les ondulations "à 200 km" du géoïde peuvent être créées par plusieurs phénomènes différents, ce qui expliquerait pourquoi on observe des orientations différentes de ces ondulations [Maia et Diament, sous presse].

*Etudes à moyennes longueurs d'onde: caractérisation de la mise en place des structures.* La méthode principalement utilisée consiste en l'étude de la corrélation dans le domaine spectral du champ de pesanteur et de la topographie. Cette méthode, dite de l'admittance, a été proposée par D. McKenzie et C. Bowin en 1976 pour le domaine océanique et a été utilisée depuis par quelques équipes dans le monde. Elle permet en particulier de caractériser la réponse isostatique sans faire d'hypothèse a priori. Les principales structures aséismiques de l'Océan Indien ont ainsi été étudiées en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Bretagne occidentale.

Les résultats d'une étude [Maia, Diament et Recq, 1990] réalisée sur la ride du Mozambique, peuvent être interprétés en terme d'une mise en place de cette structure au voisinage d'une dorsale comme bon nombre de structures aséismiques de la région.

Une étude à trois dimensions a été réalisée sur le plateau de Crozet (Del Cano Rise) et le banc de Crozet (Crozet bank) adjacent. La relation entre la bathymétrie et le champ de gravité a été étudiée à la fois dans le domaine fréquentiel (admittance) et dans le domaine spatial. Son interprétation montre [Goslin et Diament, 1987a] que la réponse de la lithosphère est très différente selon les structures, bien que celles-ci soient adjacentes. Le plateau de Crozet a été mis en place près de la dorsale Sud-Ouest Indienne, il est localement compensé par un épaississement crustal. Le banc de Crozet a, lui, été mis en place sur une lithosphère déjà âgée et une zone peu profonde et chaude contribue à son support. L'étude du plateau de Kerguelen révèle également une mise en place polyphasée. Ces résultats posent donc la question des interactions entre les "points chauds" et les structures préexistantes.

Notons également que les résultats démontrant que des structures sont supportées par la présence d'une zone anormalement peu dense située à faible profondeur, vont dans le même sens que ceux obtenus dans l'analyse des anomalies de grande longueur d'onde au-dessus de l'Atlantique Sud.

*Equipe "Genèse et évolution des domaines Océaniques" de l'université de Bretagne occidentale à Brest.* L'équipe de géophysique marine de l'URA 1278 "Genèse et évolution des domaines océaniques" a poursuivi une activité régulière d'interprétation des données altimétriques pour tenter de résoudre certains problèmes géodynamiques posés dans l'océan mondial. La couverture homogène et globale de l'océan mondial par les satellites altimétriques permet en général de choisir les régions de cet océan où l'un de ces problèmes apparaît clairement posé et de déterminer la gamme de longueurs d'onde des données altimétriques qu'on doit utiliser pour le résoudre.

Cette activité, qui est celle d'une équipe réduite, a été regroupée autour de deux pôles principaux - qui ne sont nullement disjoints: il existe de nombreux points chaud voisins et associés à des dorsales actives...:

- Le premier pôle, qui fait suite aux travaux des années précédant 1987, concerne les reliefs océaniques actuellement en situation intraplaque (structure profonde de la lithosphère sous ces reliefs, réponse isostatique de la lithosphère aux charges). Les travaux sur ce thème ont été conduits en collaboration avec le Laboratoire de Géophysique de l'Université de Paris Sud à Orsay.

- Le deuxième pôle s'intéresse aux mécanismes profonds de l'accrétion dans le manteau supérieur. Les travaux portant sur ce thème ont commencé à la mi-1989. Ils s'intègrent dans un programme d'étude des phénomènes de l'accrétion qui est l'un des programmes importants de l'URA 1278.

Enfin, les données altimétriques ont été interprétées dans le domaine des courtes longueurs d'onde pour fournir des contraintes pour les modèles cinématiques [Gibert et al., 1989].

*Réponse isostatique de la lithosphère océanique: mise en place et évolution des reliefs sous-marins intraplaques.* L'interprétation des mesures gravimétriques et altimétriques, réalisée grâce à des méthodes d'analyse spectrale, appliquées aux données de satellites altimétriques GEOS3 puis SEASAT a permis d'obtenir les résultats principaux suivants:

- Les mécanismes d'isostasie mécanique et d'isostasie thermique contribuent simultanément à la compensation de la plupart des reliefs asismiques majeurs [Goslin et Diament, 1987a et 1987b].

- L'importance relative de ces mécanismes peut varier considérablement entre les différents domaines d'une même structure, résultant en faveur d'une mise en place et d'une évolution polyphasée des reliefs asismiques [Goslin, 1987; Goslin 1989].

- Les hétérogénéités de la lithosphère (dorsales actives, zones de fractures actives ou fossiles, zones de frontière de second ordre, reliefs intraplaques anciens, par exemple) jouent un rôle majeur dans le contrôle de la mise en place des reliefs asismiques [Goslin, 1987; Goslin et al., 1989; Diament et al., 1990]. On met ainsi en évidence le rôle des mouvements relatifs des plaques dans la mise en place de structures que l'on avait coutume de relier uniquement aux mouvements absolus.

- Enfin, l'importance de disposer de données bathymétriques de bonne qualité dans l'ensemble des longueurs d'onde intéressantes (100 - 2 000 km) est clairement mise en évidence.

Des cartes de la rugosité du géoïde dans l'océan Indien ont été réalisées pour différentes gammes de longueurs d'onde. Elles représentent l'amplitude des variations régionales du géoïde altimétrique pour les longueurs d'onde considérées [Goslin et Gibert, 1990]. Dans la gamme de 30 à 90 km, correspondant à la topographie non compensée, la rugosité est faible au-dessus de la plupart des domaines centraux des reliefs asismiques. Sur les branches est et centrale-indienne, on observe des bandes de plus forte rugosité qui correspondraient à des périodes durant lesquelles la géométrie de l'axe a varié notablement. Des bandes alternées de faible et forte rugosité sont mises en évidence dans les deux gammes de longueur d'onde dans le bassin de Wharton. La rugosité est notable dans les longueurs d'onde comprises entre 90 et 230 km au-dessus de nombreux reliefs asismiques indiquant que des processus isostatiques profonds contrôlent la majeure partie de la topographie de ces structures.

Les cartes de rugosité représentent ainsi une méthode exploratoire simple, rapide et fiable des différents mécanismes de réponse isostatique à l'échelle d'un océan entier.
Les processus profonds de l'accrétion océanique. Exemple de l'Atlantique Nord. L'interprétation des données altimétrique de GEOSAT (calcul des rapports Géoïde/topographie sur douze cycles) a permis d'étudier la structure profonde de la lithosphère et du manteau supérieur dans le domaine récent de l'Atlantique Nord, au voisinage des zones anormales de l'Islande et des Açores. La géométrie des anomalies thermiques profondes a pu être précisée dans ces régions. On a ainsi pu obtenir les premières évidences d'une asymétrie des processus profonds de l'accrétion océanique. L'extension des anomalies thermiques profondes, déduite des rapports G/T, a été comparée au voisinage de l'Islande et des Açores à celles obtenues par la géochimie et par l'étude de la topographie de la dorsale à âge zéro.

Laboratoire de Géologie de l'ENS, Paris

Les études menées par l'équipe de l'ENS à Paris en altimétrie spatiale ont principalement abordé deux domaines: l'origine des linéations à courtes longueurs d'onde du géoïde marin et l'interaction d'un point chaud avec la lithosphère à partir de l'observation des bombements de topographie et de géoïde associés.

Linéations à courtes longueurs d'onde du géoïde. Des linéations du géoïde à courtes longueurs d'onde (≈ 200 km) ont été découvertes par Haxby et Weissel en 1986 dans le Pacifique central à partir des données Seasat. Les linéations ont une amplitude de 10 - 20 cm et sont orientées dans le sens du mouvement absolu de la plaque. Elles apparaissent obliques par rapport aux directions des grandes zones de fracture du Pacifique. Plusieurs interprétations ont été proposées pour expliquer ces linéations: (1) existence d'une convection à petite échelle se développant dans une couche à faible viscosité sous la lithosphère, (2) intrusions magmatiques due à la fracturation de la lithosphère sous l'effet de contraintes extensives, (3) intrusions magmatiques laissées par des "mini" points chauds sur la plaque en mouvement. L'interprétation n° 3 a été proposée par l'équipe de l'ENS et a fait l'objet d'études détaillées dans le Pacifique et l'Atlantique.

Des linéations semblables à celles du Pacifique central sud orientées selon les diverses directions absolues fossiles de la plaque Pacifique suggèrent que ces linéations sont la trace de panaches convectifs ascendants plus nombreux que les points chauds classiques. Une telle structure convective incluant de nombreux panaches ascendants est en bon accord avec celle obtenue par des calculs à trois dimensions. Cette interprétation des anomalies de géoïde basée sur des considérations géométriques a été obtenue par une analyse directionnelle du géoïde et par comparaison entre la forme de traces de points chauds prédite par la cinématique et la géométrie des linéations observées.

A partir des linéations de petite longueur d'onde dans l'océan Pacifique, ainsi que des données bathymétriques et des datations des fonds marins, de nouvelles rotations décrivant le mouvement absolu de la plaque Pacifique ont été proposées. Les traces de points chaud issues des zones de volcanisme récent correspondent souvent à des linéations positives de géoïde de même direction. Ceci indique que la plupart des zones de volcanisme récent sont liées à des points chauds de longue durée de vie. De nouveaux points chauds sont proposés pour expliquer de nombreuses autres linéations du géoïde parallèles aux directions fossiles absolues de la plaque. Une étude simi-

laire a été menée pour l'Atlantique [Moriceau et Fleitout, 1989; Fleitout et al., 1989; Fleitout et Moriceau, 1990].

Compensation des bombements océaniques associés aux points chauds. Bien qu'ayant donné lieu à une abondante littérature, l'origine et le mode de fonctionnement des points chauds demeurent largement incompris. Les points chauds sont associés à des bombements (swells) de la topographie et du géoïde de l'ordre de 1 000 km d'extension. S'il est en général admis que les swells de points chauds ont une origine thermique, le mécanisme produisant ces structures fait l'objet de débats controversés. Certains auteurs favorisent une explication dynamique (soutien dynamique du swell par un panache convectif ascendant). D'autres préfèrent une explication statique (amincissement thermique de la lithosphère; divers phénomènes pouvant produire cet amincissement); les deux explications n'étant pas exclusives.

Pour des raisons de localisation du bombardement par rapport au panache, une origine lithosphérique est considérée comme plus probable. Les rapports géoïde sur topographie observés prédissent des profondeurs apparentes de compensation faibles. Si on suppose que les anomalies thermiques lithosphériques sont isostatiquement compensées, il est difficile d'interpréter ces rapports géoïde sur topographie sans une importante contribution crustale (argument utilisé en faveur du support dynamique).

Des calculs de convection effectués récemment ainsi que des solutions analytiques obtenues il y a plusieurs années indiquent que pour des bombements de 1 000 km de diamètre, l'isostasie ne doit pas être rigoureusement vérifiée, ce qui permet d'expliquer les valeurs faibles des rapports géoïde sur topographie sans invoquer d'épaississement crustal, tout en restant compatible avec un amincissement lithosphérique [Fleitout and Moriceau, 1990; Moriceau et al., 1990].

IFREMER, Brest

Segmentation des dorsales et rugosité du géoïde à courte longueur d'onde. Plusieurs études ont été menées à partir des données altimétriques Seasat pour mettre en évidence les anomalies à courtes longueurs d'onde (< 500 km) du géoïde dans l'Atlantique.

Ces études montrent qu'à très courtes longueurs d'onde (< 100 km) le géoïde présente des ondulations qui sont forte-ment corrélées à la topographie sous-marine, notamment des linéations coïncidant avec la direction des zones de fracture.

Une modulation d'amplitude apparaît affecter ces ondula-tions au niveau de la dorsale sud-atlantique, avec une lon-gueur d'onde dominante de l'ordre de 400 km. Ces variations quasi-périodiques du géoïde sur la dorsale sont attribuées à une segmentation à caractère régional de la dorsale, de longue durée de vie (au moins 60 Ma) [Gibert and Courtillot, 1987; Gibert et al., 1989; Gibert and Courtillot, 1988].

Structure thermique de la lithosphère océanique. Des analyses du géoïde GEOSAT dans l'Atlantique Sud parallèlement à la dorsale d'une part, au niveau des zones de fracture d'autre part, ont permis de calculer les paramètres thermiques entrant dans les modèles d'évolution thermique de la lithosphère [Gibert et al., 1987].
## Equipe GRGS/CNES à Toulouse

L'équipe GRGS Toulouse est impliquée depuis plusieurs années dans l'analyse et l'interprétation des mesures altimétriques des satellites SEASAT et GEOSAT. L'équipe se prépare également à traiter les mesure des satellites ERS-1 et TOPEX-POSEIDON.

Calcul d'arcs moyens altimétriques GEOSAT (préparation à ERS-1 et TOPEX/POSEIDON). Depuis le début de l'Exact Repeat Mission (novembre 1986), le satellite altimétrique GEOSAT a une période de répétitivité de 17 jours (il repasse au-dessus de la même trace tous les 17 jours). Plusieurs années de données altimétriques moyens annuels au-dessus de chaque trace sous-satellite a été réalisé à partir des 22 cycles répétitifs individuels de 17 jours. Pour cela, une procédure particulière a été mise en oeuvre pour éliminer au mieux l'erreur d'orbite affectant chaque cycle individuel.

L'orbite du satellite GEOSAT a été calculée par le GSFC avec d'une part le modèle de potentiel GEM-T1, d'autre part le modèle GEM-T2 et ont été fournies au GRGS. Les tests montrent que la qualité de l'orbite GEM-T2 est très supérieure et qu'en conséquence, l'arc moyen altimétrique correspondant est bien plus précis.

Ces arcs moyens globaux ont été calculés pour l'année 1987. Ils constituent la base de la banque de données altimétriques disponibles pour les études scientifiques.

Dynamique des points chauds et structure convective du manteau supérieur: apport des données de géoïde. L'étude systématique des bombements de géoïde et de topographie associés aux points chauds océaniques, d'étendue 1 000 - 2 000 km, permet de mieux comprendre leurs caractéristiques: relation liant l'amplitude et l'extension du bombement à l'âge de la lithosphère; détermination du profil vertical de température sous le bombement, etc., et par confrontation des résultats d'observation aux prédictions des modèles, doit permettre d'apporter des contraintes sur le mode d'interaction des points chauds avec la lithosphère et l'asthénosphère, et plus généralement sur la dynamique du manteau.

Dans une première étude, le rapport "géoïde/bathymétrie" sur l'ensemble des bombements de points chauds océaniques a été calculé. L'analyse a montré que dans la plupart des cas, l'anomalie topographique est corrélée à l'anomalie du géoïde (à l'exclusion des points chauds situés près des dorsales), que les anomalies sont reliées linéairement et que le rapport des anomalies augmente avec l'âge de la lithosphère sous le point chaud selon une loi en racine carrée de l'âge.

Le rapport "géoïde/bathymétrie" représente la profondeur de compensation apparente du swell topographique: la relation empirique trouvée indique alors que la profondeur de compensation apparente des bombement de points chauds océaniques augmente avec l'âge de la plaque et coïncide approximativement avec la base de la lithosphère thermique. Les valeurs du rapport "géoïde/topographie" ainsi que la tendance observée sont compatibles avec un soutien dynamique des swells par un panache mantellique ascendant pourvu que celui-ci traverse une zone à faible viscosité superficielle (coïncidant avec l'asthénosphère) [Cazenave et al., 1988; Ceuleneer et al., 1988].

Une seconde étude menée sur l'ensemble des swells de points chauds océaniques a montré que l'amplitude du bombement de la topographie et du géoïde augmentent avec l'âge de la lithosphère. En revanche, l'extension géographique du swell est indépendante de l'âge de la plaque [Monnereau et Cazenave, 1988; 1990]. La morphologie de ces bombements, leur extension, ainsi que leur amplitude constituent des nouvelles contraintes apportées aux modèles afin de déterminer l'importance relative des mécanismes mis en jeu. En effet, le creux de géoïde associé aux bombements d'une jeune lithosphère ne peut se comprendre que dans le cadre de la convection, alors que l'importante variation de leur amplitude avec l'âge de la plaque ne semble trouver d'explication qu'en prenant en compte un amincissement de la lithosphère par réchauffement.

Comportement rigide élastique de la lithosphère océanique à l'échelle des temps géologiques. Les plaques lithosphériques apparaissent capables de supporter pendant plusieurs millions d'années les charges superficielles créées par les chaînes volcaniques et les monts sous-marins, en développant des contraintes élastiques. La forme et l'amplitude des anomalies du géoïde au-dessus des volcans sous-marins résultent de la flexure élastique de la lithosphère et sont directement liées à l'épaisseur de la couche élastique. Une détermination systématique de l'épaisseur élastique de la lithosphère océanique a été réalisée en analysant des hauteurs du géoïde mesurées par Seasat et la bathymétrie au-dessus de 60 volcans répartis dans tous les océans du globe. La relation entre l'épaisseur élastique et l'âge de la plaque à la naisance du volcan, proposée par A.B. Watts du Lamont (USA) à partir des volcans d'Hawaii a été confirmée à l'échelle de tous les océans, excepté dans une vaste région du Pacifique central sud où la couche élastique apparaît fortement amincie. La région anormale est centrée sur la latitude 20°S et la longitude 140°W.

Cet amincissement est corrélatif avec plusieurs autres anomalies observées sur cette région: existence d'un vaste bombement topographique ("South Pacific superswell"), subsidence anormale lente de la lithosphère, anomalies de lenteur dans la propagation des ondes sismiques de surface, linéations gravimétriques attribuées à des instabilités convectives à petite échelle. L'ensemble de ces anomalies permet d'invoquer l'existence d'une vaste anomalie thermique dans le manteau supérieur sous le Pacifique central sud [Calmant, 1987; Calmant et Cazenave, 1987; Calmant et al., 1990].

Structure thermique de la lithosphère océanique sous les zones de fracture. Les données de géoïde ont également permis d'étudier la structure thermique de le lithosphère océanique: lorsque la plaque s'écarte de la dorsale où elle s'est formée, elle s'épaissit en se refroidissant et s'enfonce dans le manteau. Le refroidissement de la lithosphère se voit nettement sur le géoïde, notamment au niveau des zones de fracture qui séparent deux portions de plaque d'âges différents, donc de structures thermiques différentes. Les sauts de hauteur du géoïde observés perpendiculairement aux zones de fracture, divisés par l'écart d'âge de part et d'autre de la fracture, peuvent être analysés en fonction de l'âge moyen de la plaque et contraindre au même titre, mais de manière beaucoup plus précise que la relation (âge-profondeur), les modèles de refroidissement conductif de la lithosphère océanique. L'analyse du géoïde sur plusieurs zones de fracture du Pacifique et de l'Atlantique a montré que les modèles de refroidissement purement conductif sont incapables d'expliquer les observations. Les observations s'expliquent très
bien en revanche si l'on invoque une convection à petite écelle générée dans une zone à faible viscosité sous la lithosphère océanique comme le montrent les modèles récents développés dans ce sens [Marty et al., 1988; Marty et Cazenave, 1988].

## BUREAU CENTRAL DE L'IERS

Le service International de la Rotation Terrestre (International Earth Rotation Service, IERS) a été fondé en 1987 par l'Union Astronomique Internationale et l'Union Géodésique et Géophysique Internationale. Il a commencé à fonctionner le 1er janvier 1988. Il remplace le Service International du Mouvement du Pôle (SIMP) et la section de la rotation de la Terre du Bureau International de l'Heure (BIH); les activités du BIH pour le temps se poursuivent au Bureau International des Poids et Mesures (BIPM).

L'IERS est responsable de: (a) la définition et l'entretien de Système Terrestre Conventionnel, (b) la définition et l'entretien du Système Céleste Conventionnel de référence basé sur les radio-sources extragalactiques; la relation avec les autres systèmes célestes de référence, (c) l'évaluation des paramètres de la rotation de la Terre pour ces systèmes.

Il met en oeuvre quatre techniques d'observation: radio interférométrie à longue ligne de base (VLBI), télémétrie par laser sur réflecteurs lunaires (LLR) et sur satellites artificiels (SLR), observation de satellites du Global Positioning System (GPS, introduit en 1990). La constitution et le fonctionnement des réseaux, ainsi que les analyses de coordination de chacune des techniques, en s'appuyant sur plusieurs laboratoires spécialistes (de deux à huit par technique).

Le Bureau Central est chargé de l'étalonnage et de la combinaison des résultats des centres d'analyse, pour l'élaboration des systèmes de référence de l'IERS et des séries des para-

mètres d'orientation de la Terre. Cette fonction est assurée par une coopération entre l'Institut Géographique National (pour le système terrestre), le Bureau des Longitudes (pour le système céleste) et l'Observatoire de Paris (pour la rotation de la Terre, ainsi que le siège et la direction du Bureau Central).

Les années couvertes par le présent rapport ont été consacrées à des études préalables dans la cadre du BIH, puis à l'établissement du système de référence de l'IERS dès sa première année de fonctionnement, tout en poursuivant l'amélioration des séries des paramètres de la rotation terrestre.

## Définition initiale et maintenance du Système de l'IERS

Le Système de l'IERS comprend deux parties: les conventions numériques (IERS Standard) et les repères terrestre et céleste.

Les IERS Standard sont des valeurs numériques conventionnelles pour un ensemble de constantes astronomiques et géodésiques, et des modèles conventionnels pour représenter les principaux phénomènes astronomiques et géophysiques à considérer dans l'analyse des observations de rotation de la Terre. Ils sont utilisés par les centres d'analyse par technique et par le Bureau Central.

Le Bureau Central de l'IERS a défini les repères terrestre et céleste de l'IERS (ITRF et ICRF) et il en assure la maintenance. Leur élaboration repose sur la combinaison des mesures individuelles des quantités physiques communes; coordonnées de sites terrestres et de sources radio extragalactiques, paramètres d'orientation de la Terre à des dates communes. La méthode, fondée sur une proposition faite par B. Guinot en 1981, avait été développée dans le cadre du programme MERIT entre 1983 et 1988.

ITRF89 SITES

<figure><img src="image_28.png" /><figcaption>Fig. 1. Les 119 sites du système terrestre de l'IERS (1990)</figcaption></figure>
Les repères terrestre et céleste ont été définis en continuité avec la dernière réalisation du BIH, publiée dans son Rapport Annuel ultime, couvrant l'année 1987.

Les directions du pôle terrestre de référence et de l'origine des longitudes sont cohérentes avec les directions correspondantes du Système du BIH à 0,005" près. Le pôle du Système BIH avait été rattaché en 1967 à l'Origine Conventionnelle Internationale (CIO), puis maintenu stable de façon indépendante. L'origine de l'ITRF est située au centre des masses de la Terre, avec une incertitude de 10 cm. L'unité de longueur est le mètre (SI).

La réalisation initiale de l'ITRF comportait 34 sites primaires. Au fur et à mesure que de nouveaux sites sont rattachés aux réseaux d'observation, que de nouveaux réseaux entrent dans le programme de l'IERS et que les centres d'analyses raffinent leurs résultats, le Bureau Central élabore des réalisations plus complètes et plus précises de l'ITRF, tout en maintenant la direction des axes définis initialement. L'accès au système terrestre peut se faire soit par les coordonnées de sites (119 sites sont donnés dans la réalisation la plus récente, voir Figure 1), soit par les paramètres de transformation des systèmes individuels relativement au système de l'IERS (18 systèmes sont ainsi rattachés dans le Rapport Annuel de l'IERS pour 1989).

Le repère céleste de l'IERS a été défini initialement à partir de coordonnées de 23 sources primaires. Son origine est au barycentre du système solaire. La direction de ses axes correspond à celle définie pour J2000 par les modèles conventionnels de précession et de nutation. L'origine des ascensions droites est cohérente avec celle du FK5 au niveau d'incertitude de ce dernier. De même pour le repère terrestre, de nouvelles réalisations du repère céleste, plus étendues et plus précises, sont élaborées au fur et à mesure de l'amélioration des résultats. La réalisation publiée dans le Rapport Annuel de l'IERS pour 1989 (Figure 2) comprend 228 radio sources, dont 113 ont une incertitude de position inférieure à 0,001" et seulement 11 une incertitude de position supérieure à 0,003". La cohérence des axes des réalisations successives est meilleure que 0,0001".

## Détermination de la rotation terrestre

Les paramètres d'orientation de la Terre qui permettent d'exprimer à tout instant la rotation entre le système terrestre et le système céleste de l'IERS sont au nombre de cinq: les coordonnées x, y du pôle céleste des éphémérides (CEP) dans le repère terrestre, le temps universel UT1 - UTC et les coordonnées d'origine de la Terre de l'IERS a été défini à partir de ses systèmes terrestre et céleste.

<figure><img src="image_29.png" /><figcaption>Fig. 2. Les 228 sources du système céleste de l'IERS (1990). Les cercles pleins correspondent aux 51 sources primaires.</figcaption></figure>

La série des Paramètres de rotation de la Terre (EOP) a de ce fait une légère incohérence avec celle du BIH (0,001-2" sur x, y; 0,0004 s sur UT1). Il convient de noter que le Bureau Central continue à améliorer la solution des EOP y compris pour la période précédant sa création; une série homogène couvrant plusieurs dizaines d'années est disponible.

Le Bureau Central de l'IERS diffuse une solution mensuelle des paramètres de la rotation terrestre (Bulletin B; le Bulletin A, hebdomadaire, est diffusé par le sous-bureau pour le service rapide et la prédiction, à Washington). Les solutions opérationnelles des Bulletins A et B sont établies à partir de quelques séries de résultats disponibles dans un délai d'une à deux semaines. A la fin de chaque année, le Bureau Central collecte les résultats d'analyse fine de 15 à 20 centres d'analyse de l'IERS, à partir desquels il élabore les nouvelles réalisations des systèmes de référence terrestre et céleste, ainsi qu'une série améliorée des EOP, en exprimant les nouvelles résultats dans le même système. La figure 3 représente le niveau de bruit (en 1990) des séries améliorées des EOP et de la réalisation des systèmes de référence terrestre et céleste élaborés par le Bureau Central, en regard de la variabilité d'origine géophysique des paramètres de la rotation de la Terre.

## LA MESURE DU NIVEAU DE LA MER

Cette activité s'inscrit dans le cadre des programmes océanographiques internationaux TOGA, WOCE et GLOSS. Au titre de GLOSS, dont le but est de constituer une archive des variations à long terme du niveau de la mer à l'échelle du globe, la France est sollicitée pour assurer l'observation de 15 sites, dont 13 Outremer. Actuellement, 8 stations sont opérationnelles grâce aux services de divers organismes (DDE, SHOM, ORSTOM), et des actions sont en cours pour équiper de nouvelles stations, en particulier dans l'Océan Indien (Kerguelen et Amsterdam).

<figure><img src="image_30.png" /><figcaption>Fig. 3 - Spectre des irrégularités de la rotation terrestre et de leur mesure</figcaption></figure>
importante d'équipement de son réseau Atlantique Equatorial avec des stations automatiques avec transmission des données par satellite, au moyen du système ARGOS. Actuellement, cinq sites transmettent les mesures en temps réel: Cayenne, Dakar, Prařa, Sao Tomé et Lomé.

Au titre de WOCE, les mesures du niveau de la mer à Kerguelen et Amsterdam à l'aide de marégraphes de plateau, engagées par le LOP du Muséum d'Histoire Naturelle de Paris depuis 1986, ont été momentanément interrompues en 1990, suite aux perturbations consécutives à l'incendie du bâtiment océanographique des TAAF, le Marion-Dufresnes. Ces mesures vont être reprises en 1991. Une opération est en cours, parallèlement, pour équiper ces deux îles de l'Océan Indien de stations côtières automatiques, avec transmission par satellite via ARGOS, suivant une technologie analogue à celle mise en oeuvre dans l'Atlantique. Par ailleurs, en relation avec le programme d'étude des marées océaniques, associé aux missions altimétriques satellitaires ERS-1 et TOPEX-POSEIDON, la réalisation d'un prototype de marégraphie profonde (6000 m) est en cours, dans le cadre d'une coopération IFREMER-INSU-SHOM: cet appareil devrait permettre d'augmenter le nombre de sites d'observations de la marée en plein océan. L'Océan Indien sera la zone prioritaire d'observation pour 1992.

Les actions préparatoires aux missions altimétriques ERS-1 et TOPEX/POSEIDON se poursuivent par ailleurs dans la perspective des lancements de ces satellites prévus pour mi 91 et mi 92. Les programmes scientifiques en cours portent sur l'amélioration des corrections de la mesure altimétrique et des calculs d'orbite, et sur les méthodes d'exploitation de ce type de données pour l'étude et la modélisation de l'océan (marées, circulations océaniques, variations du niveau moyen,...). Les principales équipes impliquées sont celles de l'IMG (Grenoble), du GRGS (Toulouse), du LODYC (Paris) et du centre ORSTOM de Nouméa.

Il est clair que, alors qu'au moment de la création de l'IERS il subsistait des incohérences entre les analyses par réseau ou par laboratoire au niveau de quelques 0,001", l'effort d'homogénéisation des modèles de l'ensemble des participants, ainsi que l'étroite coopération entre le Bureau Central et les Centres d'Analyse sont en passe de faire gagner près d'un ordre de grandeur dans la qualité des résultats finaux, pour atteindre le centimètre en exactitude.

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BIBLIOGRAPHIE GEODESIQUE
1987 - 1990

CLAUDE BOUCHER

SECRÉTAIRE DE LA SECTION DE GÉODÉSIE

Institut Géographique National - 2, Avenue Pasteur - 94160 Saint-Mandé

Cette bibliographie regroupe non seulement l'ensemble des références des articles sur la Géodésie (C. Boucher, F. Barlier, G. Balmino et A. Cazenave), mais aussi les publications sur ce thème pour la période mentionnée.

This bibliography contains non only references of the papers on Geodesy (C. Boucher, F. Barlier, G. Balmino and A. Cazenave), but also publications on this topic issued during the mentioned period.

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