Rapport quadriennal 1995-1998

Pierre Hubert

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Pierre Hubert. Rapport quadriennal 1995-1998. Comité national français de géodésie et géophysique. 1999. hal-04764332

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RAPPORT QUADRIENNAL
1995 - 1998

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XXIIe Assemblée Générale
de l'Union Géodésique et Géophysique Internationale

Birmingham (Angleterre), du 18 au 30 juillet 1999

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RAPPORT QUADRIENNAL

1995 - 1998

Edité par Jean-Pierre Barriot

Observatoire Midi-Pyrénées

14, avenue Edouard Belin, 31400 Toulouse
Le CNFGG (Comité National de Géodésie et Géophysique) sera octogénaire cette année. Certaines tâches importantes qui lui incombaient autrefois ont été depuis confiées à d'autres organismes. C'est le cas de la programmation nationale de la recherche, qu'assure principalement le CNRS depuis 1939. Au niveau international, certaines organizations spécialisées des Nations Unies, en particulier l'UNESCO, ont pris en charge après la guerre certains programmes, en particulier dans le domaine de l'hydrologie et de l'océanologie. Par contre le CNFGG a conservé la charge d'être le correspondant français de l'Union Géodésique et Géophysique Internationale (UGGI), fonction qui lui est dévolue par notre Académie des Sciences.

L'UGGI est un édifice complexe. C'est l'union de sept associations internationales spécialisées (Géodésie, Sismologie et Physique de l'Intérieur de la Terre, Volcanologie et Chimie de l'Intérieur de la Terre, Géomagnétisme et Aéro-nomie, Météorologie et Physique de l'Atmosphère, Sciences Hydrologiques et Sciences Physiques de l'Océan) dirigée par une assemblée de comités nationaux (le CNFGG pour la France) qui sont eux mêmes composés de la réunion de sept comités nationaux spécialisés dirigeant les associations internationales correspondantes. L'UGGI est membre du Conseil International des Unions Scientifiques (CIUS), et elle apporte à cet organisme, qui inspire la politique scientifique à l'échelle mondiale, le point de vue et la sensibilité des géodésiens et des géophysiciens. Outre leur dimension administrative, les congrès et assemblées de l'UGGI sont aussi des événements scientifiques d'un excellent niveau qui, malgré la multiplication des manifestations scientifiques internationales, attirent un vaste public.

L'activité du CNFGG et de ses sections est donc principalement orientée vers l'international et c'est dans cet esprit qu'un rapport quadriennal, présentant sous forme d'un ensemble d'articles un panorama de la recherche et des réalisations françaises dans le domaine de la géodésie et de la géophysique, est réalisé à l'occasion de chaque congrès de l'UGGI. C'est aussi pour faciliter la participation des chercheurs, en particulier les plus jeunes d'entre eux, aux manifestations scientifiques internationales, que le CNFGG a mis en place un programme de bourses de voyages. Le CNFGG et ses sections ne sont cependant pas inactifs au niveau purement national. Je m'en tiendrai au CNFGG stricto sensu, car il ne me reviens pas de présenter l'activité multiforme de ses sept sections spécialisées qui jouissent d'un très grand de autonomie. Chaque année notre Assemblée générale, qui est aussi le lieu de retrouvailles amicales, nous offre l'occasion, après avoir sacrifié à quelques incontournables obligations administratives, de décerner le Prix de Géophysique récompensant un jeune chercheur et d'entendre une conférence d'intérêt général. Nos résolutions nous permettent également s'il en est besoin d'attirer l'attention des pouvoirs publics sur tel ou tel point relevant de nos compétences.

Sans doute est-il possible de faire plus. C'est ce à quoi nous voudrions nous consacrer dans les années qui viennent, en particulier en utilisant la liberté qui nous est donnée par notre relatif éloignement des tâches opérationnelles, de programmation, de gestion ou d'évaluation, pour nous attacher à des réflexions méthodologiques et prospectives à long terme très nécessaires au développement de notre discipline.

P. HUBERT,
Président du CNFGG
COMITÉ NATIONAL FRANÇAIS DE GÉODÉSIE ET GÉOPHYSIQUE

COMPOSITION DU CONSEIL (1998-2001)
En tant que membre du bureau :

Président : Pierre HUBERT
CIG/Ecole des Mines de Paris
35 Rue Saint-Honoré
77305 FONTAINEBLEAU
Tél. : 01 64 69 47 40, Fax : 01 64 69 47 03,
E-mail : hubert@cig.ensmp.fr

1er Vice-Président : Jean-Louis CHEMINÉE
IPGP, Boîte 89
Observatoires Volcanologiques
4 Place Jussieu
75252 PARIS Cedex 05
Tél. : 01 44 27 24 00, Fax : 01 44 27 24 01,
E-mail : cheminee@ipgp.jussieu.fr

2e Vice-Président : Michel MENVIELLE
CETP/ Observatoire de Saint Maur
4 Avenue de Neptune
94107 SAINT-MAUR-DES-FOSSES Cedex
Tél. : 01 45 11 42 34 et 01 69 15 67 39 (messages),
Fax : 01 48 89 44 33,
E-mail : michel.menvielle@cetp.ipsl.fr

Secrétaire Général : Jean-Pierre BARRIOT
CNES/GS
18 Avenue Edouard Belin
31401 TOULOUSE Cedex 4
Tél. : 05 61 33 28 94, Fax : 05 61 25 30 98,
E-mail : Jean-Pierre.Barriot@cnes.fr

Trésorier : Roland SCHLICH
EOST
5 Rue René Descartes
67084 STRASBOURG Cedex
Tél. : 03 88 41 63 93, Fax : 03 88 61 67 47,
E-mail : rschlich@eost.u-strasbg.fr

En tant que membre français
du bureau de l'UGGI :

Secrétaire Général : Georges BALMINO
CNES/GS
18 Avenue E. Belin
31401 TOULOUSE Cedex 4
Tél. : 05 61 33 28 89, Fax : 05 61 25 30 98,
E-mail : Balmino.uggi@cnes.fr

En tant que Président
ou Secrétaire de section :

• Section 1 :

Président : Claude BOUCHER
ENSG/LAREG
6-8, Avenue Blaise Pascal
Cité Descartes
Champs-sur-Marne
77455 MARNE-LA-VALLÉE Cedex 2
Tél. : 01 64 15 32 50, Fax : 01 64 15 32 53,
E-mail : boucher@ensg.ign.fr

Secrétaire : Jean-Pierre BARRIOT
CNES/GS
18 Avenue Edouard Belin
31401 TOULOUSE Cedex 4
Tél. : 05 61 33 28 94, Fax : 05 61 25 30 98,
E-mail : Jean-Pierre.Barriot@cnes.fr

• Section 2 :

Président : Anne DESCHAMPS
Géosciences Azur
CNRS, Sophia-Antipolis
UNSA
250, Rue Albert Einstein
06560 VALBONNE
Tél. : 04 92 94 26 16, Secrétariat : 04 92 94 26 03,
Fax : 04 92 94 26 10,
E-mail : deschamps@faille.unice.fr

Secrétaire : Nicole BETHOUX
CNRS - Sophia-Antipolis
UNSA
250 Rue Albert Einstein
06560 VALBONNE
Tél. : 04 92 94 26 26, Fax : 04 92 94 26 10,
E-mail : bethoux@faille.unice.fr

• Section 3 :

Président : Jean-François LENAT
Université Blaise Pascal - CRV
5, rue Kessler
63038 Clermont Ferrand
E-mail : lenat@opgc.univ-bpclermont.fr

Secrétaire : Georges BOUDON
Observatoires Volcanologiques B89
IPGP - 4 Place Jussieu 75252 Paris cedex 5.
E-mail : boudon@ipgp.jussieu.fr
## • Section 4 :

**Président** : Alain HAUCHECORNE
Service d'Aéronomie
BP n°3
91371 VERRIERES-LE-BUISSON Cedex
Tél. : 01 64 47 42 60, Fax : 01 69 20 29 99,
E-mail : Alain.Hauchecorne@aerov.jussieu.fr

**Secrétaire** : François BERTIN
CETP/Observ. de St. Maur
4 Avenue de Neptune
94107 ST-MAUR-DES-FOSSÉS Cedex
Tél. : 01 45 11 42 52, Fax : 01 48 89 44 33,
E-mail : Francois.Bertin@cetp.ipsl.fr

## • Section 5 :

**Président** : Jean-Louis FELLOUS
CNES
DP/OT
2, Place Maurice Quentin
75039 Paris Cedex 01
Tél. : 01 44 76 75 90, Fax : 01 44 76 78 67,
E-mail : Jean-Louis.Fellous@cnes.fr

**Secrétaire** : Serge JANICOT
LMD/Ecole Polytechnique
Route Départementale 36
91128 PALAISEAU Cedex
Tél. : 01 69 33 45 38, Fax : 01 69 33 30 05,
E-mail : Janicot@lmd.ens.fr

## • Section 6 :

**Président** : Jean-Claude OLIVRY
IRD
BP 5045
34032 MONTPELLIER Cedex 1
Tél. : 04 67 41 64 30, Fax : 04 67 54 71 06,
E-mail : J-Claude.Olivry@mpl.ird.fr

**Secrétaire** : Jacques SIRCOULON
IRD
213 Rue Lafayette
75480 PARIS Cedex 10
Tél. : 01 48 03 75 31/76 32, Fax : 01 48 03 79 09,
E-mail : sircou@paris.ird.fr

## • Section 7 :

**Président** : Michel CREPON
LODYC
Lab. d'Océanographie et de Climatologie
4 Place Jussieu
Tour 14, 2e étage, BC 100
75252 PARIS Cedex 05
Tél. : 01 44 27 72 74, Fax : 01 44 27 71 59,
E-mail : mc@lodyc.jussieu.fr

**Secrétaire** : Laurent MORTIER
LODYC
4 Place Jussieu
Tour 14, 2ème étage, BC 100
75252 PARIS Cedex 05
Tél. : 01 44 27 72 75, Fax : 01 44 27 71 59,
E-mail : mortier@lodyc.jussieu.fr
En tant que Président sortant du CNFGG :

François BARLIER
Observatoire Côte d'Azur/CERGA
Avenue Nicolas Copernic
06130 GRASSE
Tél. : 04 93 40 53 46, Fax : 04 93 40 53 33,
E-mail : barlier@obs-azur.fr

En tant que Président sortant de section :

- Section 1 :

Martine FEISSEL
Institut Géographique National ENSG/LAREG
Cité Descartes, Champs-sur-Marne
77455 Marne la Vallée
Tél. : 01 64 15 32 83, Fax : 01 64 15 32 53,
E-mail : feissel@ensg.ign.fr

- Section 2 :

Guy PERRIER
LGIT - Observatoire de Grenoble
B.P. 53
38041 GRENOBLE Cedex 9
Tél. : 04 76 82 80 37
Fax : 04 76 82 81 01
E-mail : Guy.Perrier@obs.ujf-grenoble.fr

- Section 3 :

Jean-Louis CHEMINÉE
IPGP, boîte 89
Observatoires Volcanologiques
4 Place Jussieu
75252 PARIS Cedex 05
Tél. : 01 44 27 24 00, Fax : 01 44 27 24 01,
E-mail : cheminee@ipgp.jussieu.fr

- Section 4 :

Michel MENVIELLE
CETP/ Observatoire de Saint Maur
4 Avenue de Neptune
94107 SAINT-MAUR-DES-FOSSES Cedex
Tél. : 01 45 11 42 34 et 01 69 15 67 39 (messages),
Fax : 01 48 89 44 33,
E-mail : michel.menvielle@cetp.ipsl.fr

- Section 5 :

Pierre de FELICE
LMD/Ecole Polytechnique
91128 PALAISEAU Cedex
Tél. : 01 69 33 45 55, Fax : 01 69 33 30 05,
E-mail : defelice@lmdx04.polytechnique.fr

- Section 6 :

Pierre HUBERT
CIG/Ecole des Mines de Paris
35 Rue Saint-Honoré
77305 FONTAINEBLEAU
Tél. : 01 64 69 41 40, Fax : 01 64 69 47 03,
E-mail : hubert@cig.ensmp.fr

- Section 7 :

Bernard SAINT-GUILY
4 Rue des Genêts
56400 AURAY
STATUTS DU COMITE NATIONAL FRANÇAIS DE GÉODÉSIE ET GÉOPHYSIQUE

(Association régie par la Loi de 1901)
## ARTICLE 1 - MISSION

1.1. Le Comité National Français de Géodésie et Géo-physique (CNFGG) est constitué par l'Académie des sciences pour assurer, sous son égide et suivant ses directives, la participation française aux activités de l'Union Géodésique et Géophysique Internationale (UGGI).

1.2. En outre, et en raison de la compétence scientifique de ses membres (Art. 3), le CNFGG peut :

- provoquer et coordonner des études et des recherches relatives à la géodésie et à la géophysique ;

- recevoir des demandes d'avis ou d'expertises et émettre des recommandations sur toute affaire relevant du domaine de sa compétence, y compris l'organisation de la recherche et de ses structures permanentes ou conjoncturelles.

1.3. Le CNFGG, régi par la loi du 1er juillet 1901, peut solliciter et recevoir de l'Etat ou d'organismes privés les concours de toute nature nécessaires à l'accomplissement de sa mission. Il s'interdit toute activité commerciale.

## ARTICLE 2 - SIEGE SOCIAL

2.1. Le siège social du CNFGG est à l'Académie des sciences, 23 quai de Conti, 75006 Paris.

2.2. Le CNFGG est régi par les présents statuts à compter du 4 février 1992, date de la dernière assemblée générale.

## ARTICLE 3 - MEMBRES

3.1. Les membres du CNFGG sont des personnes physiques, cooptées par l'assemblée générale du CNFGG (Art. 6). Ils sont :

- soit membres "titulaires", admis sur proposition d'une section (Art. 4) en raison de leur compétence scientifique,

- soit membres "ès qualités", inscrits en raison de leur fonction sur une liste arrêtée par l'assemblée générale.

3.2. Les membres du CNFGG sont normalement de nationalité française. Cependant, des personnalités étrangères peuvent, exceptionnellement et sur proposition du conseil (Art. 7), être nommées membres à condition :

- soit que leur activité scientifique s'exerce essentiellement en France,

- soit qu'ils ressortissent d'un pays francophone n'ayant pas constitué de comité analogue au CNFGG.

3.3. La qualité de membre titulaire est perdue :

- soit par radiation, proposée par une section et décidée par le conseil, avec appel suspensif possible devant l'assemblée générale,

- soit par démission explicite,

- soit par démission implicite, concrétisant un défaut d'intérêt pour l'activité du CNFGG, constaté par le conseil.

## ARTICLE 4 - SECTIONS

4.1. Le CNFGG est divisé en sections dont le nombre, les dénominations et les domaines de compétence scientifique correspondent respectivement à ceux des associations internationales constitutives de l'UGGI.

4.2. Chaque section est administrée par un bureau de section comportant au moins un président et un secrétaire. Elle est régie par un règlement intérieur qui lui est propre mais qui n'est opposable ni aux présents statuts ni au règlement intérieur du CNFGG (Art. 9).

4.3. Tout membre du CNFGG appartenant au comité exécutif d'une association de l'Union Géodésique et Géophysique Internationale (UGGI) est membre de droit du bureau de la section correspondante du CNFGG.

4.4. Le bureau de chaque section est responsable de la liaison du CNFGG avec le bureau de l'association correspondant à sa section. Il n'est cependant habilité à engager que la responsabilité de sa section, et non celle du CNFGG dans son ensemble. Le président de la section, ou son mandataire, est le représentant de la France dans les instances de l'association internationale correspondante.

## ARTICLE 5 - (disponible)

## ARTICLE 6 - ASSEMBLÉE GÉNÉRALE

6.1. Le président du CNFGG (Art. 8) convoque les membres en assemblée générale au moins une fois par an. L'ordre du jour, proposé par le bureau, adopté par le conseil, est communiqué à tous les membres au moins quinze jours à l'avance. Il est éventuellement amendé puis adopté par l'assemblée générale dès l'ouverture de la séance.

6.2. Le procès-verbal de l'assemblée générale est adressé à l'Académie des sciences à titre de compte rendu.
## ARTICLE 7 - CONSEIL

7.1. Le conseil du CNFGG est constitué par :

- les membres du bureau du CNFGG,

- le président (ou, en son absence, son mandataire) et le secrétaire de chaque section,

- le président sortant du CNFGG et de chacune des sections,

- les membres du CNFGG appartenant au comité exécutif de l'UGGI.

Il a pour président et secrétaire ceux du CNFGG.

7.2. Le conseil se réunit sur convocation de son président, au moins une fois avant chaque assemblée générale. Il prend toutes décisions nécessaires au fonctionnement du CNFGG hormis celles :

- qui appartiennent statutairement à l'assemblée générale,

- que le président estime devoir demander à cette assemblée en raison de leur importance.

En particulier, le conseil propose à l'Académie des sciences la délégation française à l'assemblée générale de l'UGGI et aux assemblées générales des associations internationales constitutives de l'UGGI.

Il est rendu compte à l'assemblée générale de l'activité du conseil.

## ARTICLE 8 - BUREAU

8.1. Le bureau du CNFGG comprend :

- le président du CNFGG,

- le premier vice-président,

- le second vice-président,

- le secrétaire général,

- le trésorier.

Le président du CNFGG ne peut avoir de fonction dans les bureaux des sections ni dans les bureaux de l'UGGI ou de ses associations constitutives.

8.2. Le bureau est renouvelé et prend ses fonctions dès avant l'issue de la dernière assemblée générale du CNFGG tenue l'année qui précède celle où se réunit une assemblée générale de l'UGGI.

Au cours de ce renouvellement :

- le premier vice-président devient, de droit, président,

- deux nouveaux vice-présidents sont élus par l'assemblée générale,

- le secrétaire général et le trésorier sont élus par le conseil réuni à cet effet dès avant l'assemblée générale.

8.3. En cas d'empêchement ou de démission du président, ses fonctions sont assurées à titre intermédiaire par le premier vice-président.

En cas d'empêchement définitif ou de démission du premier vice-président, le second vice-président devient premier vice-président en titre.

En cas d'empêchement définitif ou de démission du second vice-président ou de son accession à la première vice-présidence, un nouveau vice-président est élu par le conseil.

8.4. Le bureau est chargé d'administrer le CNFGG ; il peut prendre toutes décisions à cet effet hormis celles :

- qui appartiennent statutairement à l'assemblée générale ou au conseil,

- que le président estime devoir demander au conseil ou à l'assemblée générale en raison de leur importance.

En particulier, le bureau décide de l'attribution, sur les fonds du CNFGG, de subventions aux frais de voyage des congressistes.

Il est rendu compte au conseil de l'activité du bureau.

8.5. Le bureau est seul habilité à engager la responsabilité du CNFGG, notamment dans ses relations avec le bureau de l'UGGI. Le président du CNFGG est le représentant de la France au conseil de l'UGGI.

## ARTICLE 9 - DIVERS

9.1. Les modifications aux présents statuts sont décrites par l'assemblée générale sur proposition du conseil. Elles deviennent valides après approbation par l'Académie des sciences.

9.2. Le fonctionnement du CNFGG est régi par un règlement intérieur. Ce règlement est préparé par le conseil, et soumis pour approbation à l'assemblée générale.

9.3. Le CNFGG peut être dissout par décision de son assemblée générale. La décision devient valide après approbation par l'Académie des sciences, à qui l'actif est alors remis.
LE COMITÉ NATIONAL FRANÇAIS DE GÉODÉSIE ET GÉOPHYSIQUE

HISTORIQUE
À la fin de la guerre de 1914-1918, les académies des pays alliés se préoccupèrent de réorganiser les organismes internationaux de coordination des recherches. Les initiatives les plus marquantes prises alors furent la création de l'Union de géodésie et géophysique (UGGI / IUGG) en novembre 1918 et la mise en place du Conseil international de recherches en juillet 1919, ce dernier devenant en 1931 le Conseil international des unions scientifiques (CIUS / UCSI). C'est à la suite d'une proposition de Ch. Lallemand, directeur du nivellement général de la France, que l'UGGI prit naissance, regroupant géodésie et géophysique. Les Associations internationales de géodésie et de sismologie furent alors remplacées par des sections de l'UGGI. De plus, on créa des sections de météorologie, de magnétisme et d'électricité terrestres, d'océanographie physique et de volcanologie.

Les statuts de l'Union géodésique et géophysique internationale adoptés en 1919 stipulaient : « Un Comité national est constitué dans chacun des pays adhérents [sic] à l'Union. Il est créé sur l'initiative, soit de son Académie nationale, soit de son Conseil national de Recherches [...], soit de son Gouvernement. Les Comités nationaux ont pour attributions de faciliter et de coordonner, sur leurs territoires respectifs, l'étude des diverses branches de la Géodésie et de la Géophysique, envisagées principalement au point de vue international. [...] Les Comités nationaux désignent les délégués chargés de les représenter aux Assemblées de l'Union. »

En conséquence, l'Académie des sciences de Paris, qui avait adhéré à l'UGGI au nom de la France, décida le 1er décembre 1919 de créer une association nommée « Comité national français de géodésie et géophysique ». Une première liste de membres du Comité fut établie par l'Académie des sciences en attendant que d'autres personnalités scientifiques puissent être désignées par un vote du Comité. Faisaient de droit partie de la liste les académiciens des sections de géographie et navigation, de physique et de minéralogie... Les autres membres étaient délégués par les administrations et sociétés savantes intéressées, ou désignés pour leur compétence particulière. Le premier président du CNFGG était A. Lacroix, secrétaire perpétuel de l'Académie ; son premier secrétaire général, le Général Ferrié.

Le CNFGG ne comportait donc initialement que six sections. La section internationale d'hydrologie scientifique ne fut créée qu'au cours de la réunion de l'Assemblée générale de l'UGGI tenue à Rome en mai 1922, « sous réserve expresse qu'elle se tirerait d'affaire sans rien coûter à l'Union ». Sa création permettait d'englober la Commission internationale sur les glaciers (CIG), qui avait été créée en 1894, mais dont les activités s'étaient ralenties depuis la guerre. La section française correspondante fut constituée au sein du CNFGG en novembre 1923.

Dès sa création, le CNFGG joua un rôle important non seulement sur le plan international, mais aussi sur le plan

national. De nombreux programmes scientifiques français étaient élaborés et discutés dans les sections. Ce fut le cas, par exemple, de l'établissement du nouveau réseau magnétique de la France au 1er janvier 1924, de la détermination de la pesanteur dans les différentes régions françaises et dans les Colonies, du projet d'installation d'observatoires de physique du globe à Dakar et à la Martinique, du projet de mesure de la pesanteur en sous-marin selon la méthode de Vening Meinesz, de l'étude du pendule inversé Holweck-Lejay, etc. C'est ainsi également que la section de volcanologie se préoccupa dès sa création de favoriser les observations concernant la Montagne Pelée et le Piton de la Fournaise, efforts qui n'abou tirent que beaucoup plus tard (en 1981) à la mise en route d'un observatoire sur le volcan de la Réunion. L'établissement de ces divers programmes conduisit les membres du Bureau à entreprendre de nombreuses démarches, tant auprès de l'Académie des sciences que du ministère de l'Instruction publique ou de celui des Colonies, afin d'obtenir les crédits nécessaires à leur réalisation.

Peu de temps après la création du CNFGG, la section de magnétisme et électricité terrestres dirigea la préparation et la publication, en 1924, d'un ouvrage collectif intitulé Traité d'électricités atmosphérique et tellurique. Cette même section de magnétisme et électricité terrestres joua également, au début des années trente, un rôle important dans l'organisation de la participation française à la deuxième Année polaire internationale de 1932-1933. Si les travaux réalisés à cette occasion furent finalement d'ampleur réduite du fait de la crise financière qui sévisait alors dans le monde, ils n'en étaient pas moins importants par la concertation qu'ils avaient requise entre les différents pays développés et par l'emploi de nouveaux moyens d'investigation, comme les radiosondages.

Après que le CNRS eût été créé en 1939, le centre de décision concernant les projets scientifiques se déplaça progressivement vers cet organisme. Ce ne fut cependant pas le cas pour la météorologie, du fait de l'existence de l'Office national de météorologie (ONM) qui assurait déjà depuis près de vingt ans l'élaboration et la conduite des programmes scientifiques dans ce domaine d'étude.

L'activité du Comité national et de ses sections fut très réduite pendant la seconde guerre mondiale, du fait de l'occupation allemande. À la fin de la guerre, l'activité des sections reprit peu à peu.

À partir de 1952, la préparation de la participation française à l'Année géophysique internationale (AGI, 1957-1958), coïncidant avec un maximum de taches solaires, fut à l'ordre du jour. Le CNFGG s'était préoccupé dès son Assemblée générale de décembre 1953 de recommander l'attribution de crédits adéquats pour l'acquisition des matériels et la formation des personnels. Toutefois, il n'eut que peu à intervenir dans l'organisation de la recherche, car un Comité spécial, le Comité national français de l'AGI, fut créé à cet effet dans le cadre du CNRS. C'est tout naturellement au P. Lejay, alors prési-
dent du CNFGG, que fut confiée en 1952 la présidence du Comité de l'AGI, le secrétaire général en étant J. Coulomb, alors président de la section de magnétisme. Un Comité central des expéditions scientifiques présidé par le P. Lejay fut constitué dans le cadre du CNRS de façon à préparer la participation française, un sous-comité antarctique étant confié à G. Laclavère. J. Coulomb, G. Laclavère et P. Tardi firent partie du Comité spécial de l'AGI (CSAGI) que le Conseil international des Unions scientifiques créa pour organiser cette vaste entreprise à laquelle participèrent au total soixante-sept pays. Le souci de participer à des programmes internationaux se manifeste encore en 1958 par la création par le CNFGG de l'Association française de séismologie expérimentale, laquelle se livra à des tirs et des observations de sismique avec de nombreux pays voisins.

Le succès de l'Année géophysique fut tel qu'il parut opportun de la prolonger par une Année internationale du Soleil calme (1964-1967), pour l'étude de la physique des relations Soleil-Terre. L'organisation de la participation française à cette Année internationale du Soleil calme fut confiée à différents organismes de recherche à qui il revenait de prendre les décisions, et qui avaient accès aux sources de financement public. Cela marque la fin du rôle directeur du CNFGG sur les activités géophysiques françaises.

Le financement des activités propres du CNFGG a par ailleurs évolué de manière significative. Dans les premiers temps de son existence, le Comité recevait une subvention du ministère de l'Instruction publique qui était destinée à lui permettre de publier son compte rendu annuel. Puis, de 1930 à 1939, la Caisse des recherches scientifiques versa une subvention supplémentaire au Comité. À partir de sa création (1939), le CNRS fut chargé d'assurer le versement des deux subventions par l'intermédiaire de l'Académie des sciences. En 1952 et 1953, le ministère de l'Air et le Service hydrographique de la Marine accordèrent des subventions annuelles. Toutefois, en 1958, certaines de ces subventions diminuèrent et, même, furent supprimées. Le Comité dut demander à ses membres une cotisation annuelle à partir de 1966, laquelle permet actuellement de subvenir aux besoins courants du Comité. Il reçoit, d'autre part, des subventions du ministère de la Recherche via le Comité français pour les unions scientifiques (COFUSI) et surtout, depuis 1976, du ministère des Affaires étrangères, qui sont affectées aux voyages nécessités par la participation des membres aux réunions scientifiques internationales.

Ne dirigeant plus la recherche, le Comité n'en reste pas moins très actif en tant que forum où ses membres se rencontrent, font le bilan de leurs travaux et élaborent les recommandations qu'il leur paraît nécessaire de présenter aux autorités. Sa mission actuelle consiste à provoquer et à coordonner les recherches dans son domaine d'action, à assurer la représentation française aux activités de l'UGGI, et à émettre des avis sur les questions scientifiques de

son ressort afin de les soumettre aux autorités compétentes. Le recrutement se fait assez largement parmi les personnes qui, possédant une compétence scientifique reconnue, font acte de candidature. Il fut un temps cependant où le nombre des membres de chaque section était strictement limité, encore que les statuts ne l'aient jamais imposé. Cette conception n'a pas prévalu, ce qui fait que le Comité regroupe actuellement la plupart des chercheurs français ayant une spécialité de géodésien ou de géophysicien. Il compte plus de six cents membres, cooptés par l'Assemblée générale sur proposition des sections compétentes. Cependant, la représentation des ingénieurs des services et des entreprises industrielles reste malheureusement assez faible.

Les moyens d'action du CNFGG pour favoriser l'information et la concertation de ses membres sont d'une part les réunions des sections, avec leurs exposés scientifiques, et d'autre part l'Assemblée générale annuelle du Comité, avec les rapports des présidents de section et une importante conférence scientifique. C'est lors de ces Assemblées générales que sont adoptées les recommandations concernant les opérations scientifiques et les structures de la recherche. Le président les porte ensuite à l'attention des ministres et des directeurs des grands établissements de l'État et des institutions internationales.

Les domaines des sections ont évidemment suivi l'évolution des sciences et les modifications du champ couvert par les Associations internationales. En 1965, les sous-sections de triangulation et de gravimétrie de la section de géodésie, qui avaient été créées en 1952, furent rassemblées pour fournir un cadre propice à l'accueil des spécialistes de l'exploitation des satellites artificiels à des fins géodésiques. La section de magnétisme et d'électricité terrestres prit le nom de section de géomagnétisme et d'aéronomie en 1954, afin de suivre l'exemple donné à l'Assemblée générale de l'UGGI de Rome par l'Association internationale correspondante (AIGA/IAGA). À partir de 1971, la section d'hydrologie scientifique prit le nom de section des sciences hydrologiques.

Les réunions scientifiques des sections sont assez fréquemment organisées conjointement par plusieurs d'entre elles. Ainsi, les spécialistes d'une discipline ont-ils l'occasion de rencontrer ceux de la discipline voisine, ce qui élargit leur champ de vision et leur fournit d'utiles comparaisons. Cela est particulièrement utile aux chercheurs qui s'intéressent à un objet terrestre particulier, dont l'étude ne peut être conduite qu'en faisant appel aux ressources de nombreuses spécialités. Cependant, les domaines couverts par les différentes sections étant les mêmes que ceux des Associations internationales, le CNFGG souffre du même défaut que l'UGGI. La frontière avec la géologie, en particulier, est relativement arbitraire. La volcanologie, l'étude de la lithosphère appartiennent à la fois à la géophysique et à la géologie. La sismogenèse fait traditionnellement partie de la sismologie, mais les tectonophysiciens n'ont pas de place au sein
de l'Union. De même, il n'existe aucun cadre officiel dans
lequel les planétologues puissent se regrouper. Les
contacts du CNFGG avec le Comité national de géologie
sont donc essentiels au plan national et activement déve-
loppés. C'est ainsi que, dès 1971, il fut créé un Comité
national de géodynamique comprenant des membres dési-
gnés de nos deux Comités, afin de favoriser la participa-
tion française au projet géodynamique international.

Les phénomènes géophysiques ne connaissent pas les
frontières des États. Aussi, la coopération internationale
est-elle nécessaire. Le Comité assure la participation fran-
çaise aux Assemblées générales de l'UGGI et des Assos-
ciations internationales qui en font partie, ainsi qu'aux
divers commissions et groupes de travail qui se réunissent
à la même occasion. Outre leur contribution aux travaux
scientifiques, les délégués envoyés par le Comité sont
chargés de veiller avec leurs collègues des autres pays de
langue française à la correction des versions françaises de
tous les textes officiels de l'Union. Le président du
CNFGG représente la France au Conseil de l'UGGI.

Le Comité édite son rapport quadriennal à l'occasion
de chacune des Assemblées générales de l'UGGI. Cette
publication prend la suite de ce qui s'appelait autrefois
Rapport national. Créé en 1966, c'était une compilation,
en principe exhaustive, de comptes rendus des travaux
exécutés par les Français dans les différents domaines
couverts par les sections. Depuis l'Assemblée de Vienne
de 1991, ce rapport est rédigé différemment. Il contient
des mises au point concernant un nombre limité de sujets.
Ainsi obtient-on un panorama, peut-être un peu lacunaire,
mais que l'on espère néanmoins équilibré, de la recherche
française replacée dans son contexte international.

D'autre part, le Comité attribue depuis 1987 un prix à
un étudiant ayant soutenu une thèse de géophysique ou de
géodésie lors de l'année écoulée. Ce prix a acquis une
grande importance dans nos disciplines, car il apporte une
première consécration à de jeunes chercheurs ayant fait un
travail novateur et ayant su en exposer les résultats avec
clarté.

Dans une association comme le CNFGG, qui ras-
semble des hommes de science de spécialités aussi
diverses, il est essentiel, pour que chacun s'y trouve chez
soi, qu'un strict équilibre soit préservé entre les disci-
plines. C'est dans ce souci que les sujets des conférences
scientifiques des assemblées générales du Comité sont
choisis, de telle manière qu'ils couvrent tout l'éventail des
sujets. De la même façon, le choix du lauréat du prix de
thèse et la répartition des subventions de voyage confiées
au CNFGG par le ministère des Affaires étrangères sont
faits en visant à la plus grande impartialité.

Les statuts du CNFGG, dans la dernière version adop-
tée en 1984, prévoient que le renouvellement du Bureau
s'effectue l'année qui précède l'Assemblée générale de
l'UGGI et que le premier vice-président élu quatre ans
auparavant devienne alors automatiquement président
pour les quatre années suivantes. Le président sortant

reste membre du Bureau pendant encore quatre ans. Ainsi
est-on assuré que l'expérience se transmet et que la poli-
tique du Comité jouit d'une grande continuité.

Gérard GRAU,
Institut océanographique,
195, rue Saint-Jacques, 75005 Paris

Jean-Pierre LEGRAND,
3 bis, rue des Glycines, 92700 Colombes
# SOMMAIRE - CONTENTS
## Section 1 : géodésie

- Page 27 ACTIVITÉS FRANÇAISES DANS LE DOMAINE DE LA GRAVIMÉTRIE ET DU CHAMP DE PESANTEUR (1994 - 1998)
FRENCH ACTIVITIES IN THE DOMAIN OF GRAVIMETRY AND GRAVITY FIELD (1994 - 1998)
M. AMALVICT, R. BAYER, R. BIANCALE, H. DUQUENNE, N. FLORSCH, J. HINDERER, M. LLUBES

- Page 39 TECHNIQUES SPATIALES DE LA GÉODÉSIE DORIS, GLONASS ET TÉLÉMÉTRIE LASER
GEODESIC SPACE TECHNIQUES: DORIS, GLONASS AND LASER RANGING
P. EXERTIER, F. BARLIER, P. BONNEFOND, P. WILLIS

- Page 47 ASTROMÉTRIE, GÉODYNAMIQUE ET SYSTÈMES DE RÉFÉRENCE
ASTROMETRY, GEODYNAMICS AND REFERENCE SYSTEMS
M. DIAMENT, M. FEISSEL

## Section 2 : sismologie et physique de l'intérieur de la Terre

- Page 59 COMPARAISON DE DEUX SÉISMES DESTRUCTEURS EN FRANCE EN 1996 :
SAINT-PAUL-DE-FENOUILLET (PYRÉNÉES) ET ÉPAGNY (ALPES)
COMPARISON OF TWO DAMAGING EARTHQUAKES IN FRANCE IN 1996:
SAINT-PAUL-DE-FENOUILLET (PYRENEES) AND ÉPAGNY (ALPS)
J. FRÉCHET, A. RIGO, A. SOURIAU, F. THOUVENOT

- Page 71 DES IMAGES DU SYSTÈME LITHOSPHÈRE-ASTHÉNOSPHÈRE SOUS LA FRANCE :
L'APPORT DE LA TOMOGRAPHIE TÉLÉSISMIQUE ET DE L'ANISOTROPIE SISMIQUE
IMAGES OF THE LITHOSPHERE-ASTHENOSPHERE SYSTEM BENEATH FRANCE:
A CONTRIBUTION FROM TELESEISMIC TOMOGRAPHY AND SEISMIC ANISOTROPY
M. GRANET

- Page 89 PRINCIPALES PUBLICATIONS DES MEMBRES DE LA SECTION II
MAJOR PUBLICATIONS OF SECTION II MEMBERS

## Section 3 : volcanologie et chimie de l'intérieur de la Terre

- Page 103 DÉGAZAGES MAGMATIQUES ET FLUX VOLCANIQUES. RÔLE DE L'EAU.
DEGASSING OF MAGMATIC VOLATILES AND VOLCANIC GAS FLUXES. THE ROLE OF WATER.
P. ALLARD, N. MÉTRICH

- Page 111 ÉRUPTIONS PLINIENNES ET ÉRUPTIONS À DÔMES DANS L'ACTIVITÉ RÉCENTE
DE LA MONTAGNE PELÉE, MARTINIQUE
PLINIAN AND DOME ERUPTIONS IN THE RECENT ACTIVITY OF MONT PELÉE, MARTINIQUE
G. BOUDON, B. VILLEMANT, J.-C. KOMOROWSKI
* Page 121
INTERFÉROMÉTRIE RADAR APPLIQUÉE AUX VOLCANS : CAS DE L'ETNA ET DES CHAMPS PHLÉGRÉENS (ITALIE)
VOLCANOLOGICAL APPLICATIONS OF RADAR INTERFEROMETRY: ETNA AND PHLEGREAN FIELDS (ITALY)

P. BRIOLE, A. AVALLONE, F. BEAUDUCEL, A. BONFORTE, V. CAYOL, C. DEPLUS, C. DELACOURT, J.-L. FROGER, B. MALENGREAU, G. PUGLISI

* Page 129
STRUCTURE INTERNE DU PITON DE LA FOURNAISE ET DE L'ETNA D'APRÈS LA TOMOGRAPHIE SISMIQUE
INTERNAL STRUCTURE OF PITON DE LA FOURNAISE AND ETNA VOLCANOES FROM SEISMIC TOMOGRAPHY

A. HIRN, J.-C. LÉPINE, M. SAPIN, M. LAIGLE, R. NICOLICH, J. GALLART, V. LANKAR, A. NERCESSIAN, B. DE VOOGD, P. CHARVIS, J.-L. VEINANTE, J. VERHILLE

* Page 137
MODÉLISATION ANALOGIQUE DE L'INSTABILITÉ DES ÉDIFICES VOLCANIQUES ANALOGIC MODELLING OF THE INSTABILITY OF VOLCANIC EDIFICES

O. MERLE, A. BORGIA, J.-P. CALLOT, F. DONNADIEU, T. DRUITT, L. GEOFFROY, O. ROCHE, B. VAN WYK DE VRIES, N. VIDAL

## Section 4 : géomagnétisme et aéronomie

* Page 145
CONTRIBUTION DE LA FRANCE À L'OBSERVATION DU CHAMP MAGNÉTIQUE TERRESTRE CONTRIBUTION OF FRANCE TO THE OBSERVATION OF THE EARTH'S MAGNETIC FIELD

J. BITTERLY, M. MANDEA ALEXANDRESCU, J.-J. SCHOTT, J. VASSAL

* Page 159
DYNAMIQUE DU SYSTÈME IONOSPHÈRE-MAGNÉTOSPHÈRE TERRESTRE : CONTRIBUTION DES RADARS SOL EISCAT-ESR ET SUPERDARN COUPLED DYNAMICS OF THE TERRESTRIAL IONOSPHERE-MAGNETOSPHERE SYSTEM: CONTRIBUTION OF EISCAT-ESR AND SUPERDARN RADARS

J.-C. CERISIER

* Page 171
LE PROJET D'EXPLORATION MAGNÉTOSPHÉRIQUE INTERBALL EXPLORATION OF THE EARTH'S MAGNETOSPHERE BY THE INTERBALL-1 AND 2 SPACECRAFTS

N. DUBOULOZ, S. PERRAUT, H. DE FERAUDY, F. LEFEUVRE, J.-A. SAUVAUD

* Page 187
OBSERVATION DE LA STRATOSPHÈRE PAR SATELLITE
OBSERVATION OF THE STRATOSPHERE FROM SATELLITE

A. HAUCHECORNE, J.-L. BERTAUX, C. DENIEL, C. CAMY-PEYRET, J. DE LA NOË

* Page 199
DÉTECTION DES CHANGEMENTS DE LA STRATOSPHÈRE DETECTION OF STRATOSPHERIC CHANGES

P. KECKHUT, S. GODIN, F. GOUTAIL, A. SARKISSIAN, A. HAUCHECORNE, C. SOUPRAYEN, C. VIALLE, C. DAVID, V. BERGERET, A. HERTZOG, M. MARCHAND, J.-P. POMMEREAU, M.-L. CHANIN, G. MEGIE, M. GUIRLET, J. DE LA NOË, P. RICAUD, O. LEZEAUX, H. BENCHERIF, T. PORTAFAIX, F. POSNY, M.-F. MERIENNE, A. BARBE, T. LEBLANC
## Section 5 : météorologie et physique de l'atmosphère

- Page 221
DYNAMIQUE ATMOSPHÉRIQUE ET CONDITIONS DE SURFACE :
L'EXEMPLE DE LA MOUSSON OUEST-AFRICAINE
ATMOSPHERIC DYNAMICS AND SURFACE CONDITIONS: THE WEST AFRICAN MONSOON.
B. FONTAINE, S. JANICOT

- Page 229
L'EXPÉRIENCE FASTEX : UNE CHASSE AUX CYCLOGÉNÈSES SECONDAIRES
THE FASTEX EXPERIMENT: HUNTING THE SECONDARY CYCLOGENESES.
Y. LEMAÎTRE

- Page 241
LES PREMIERS RÉSULTATS SCIENTIFIQUES DE POLDER SUR ADEOS
THE FIRST SCIENTIFIC RESULTS FROM POLDER ON ADEOS
M. LEROY, J.-C. BURIEZ, P.-Y. DESCHAMPS, J.-L. DEUZE, M. HERMAN, P. GOLOUB, D. TANRE, M. VESPERINI, F.-M. BREON, G. SEZE, A. BRICAUD, A. LIFERMANN

## Section 6 : sciences hydrologiques

- Page 253
RÉPARTITION DES ÉCOULEMENTS EN BASSES EAUX. ASPECTS MÉTHODOLOGIQUES.
SPATIALIZATION OF LOW WATER FLOWS. METHODOLOGY.
J. CORBONNOIS, D. FRANÇOIS, I. ARTS, M. SARY, E. GILLE, P. GAMEZ, A. DEVOS, J.-P. DECLOUX

- Page 261
MODÉLISATION MATHÉMATIQUE ET THÉORIE DES SOUS-ENSEMBLES FLOUS.
APPLICATION À L'ESTIMATION DES IMPRÉCISIONS DANS LA MODÉLISATION DU DEVENIR DES PRODUITS PHYTOSANITAIRES DANS LES EAUX SOUTERRAINES.
MATHEMATICAL MODEL AND FUZZY SET THEORY - EVALUATION OF IMPRECISION IN PESTICIDE GROUNDWATER POLLUTION MODELLING.
C. FREISSINET, J. CUNGE, M. ERLICH, M. VAUCLIN

- Page 269
REFONDATION DU CONCEPT DE RÉGIME HYDROLOGIQUE
HYDROLOGICAL REGIME CONCEPT REFUNDATION
G. OBERLIN, P. HUBERT

- Page 279
VARIABILITÉ CLIMATIQUE ET FONCTIONNEMENT HYDROLOGIQUE D'UN GLACIER TROPICAL
CLIMATIC VARIABILITY AND HYDROLOGICAL FUNCTIONING OF A TROPICAL GLACIER
P. RIBSTEIN, B. POUYAUD, J.-E. SICART, P. WAGNON, E. RAMIREZ RODRIGUEZ, B. FRANCOU
Section 7 : sciences physiques de l'océan

- Page 291
SÉPARATION DU COURANT ALGÉRIEN AU NIVEAU DU DÉTROIT DE SICILE
SEPARATION OF THE ALGERIAN CURRENT AT THE SICILY STRAIT

L. GERVASIO, L. MORTIER, M. CREPON

- Page 295
ASSIMILATION DE DONNÉES ALTIMÉTRIQUES TOPEX/POSEIDON DANS UN MODÈLE
DE L'OCÉAN PACIFIQUE TROPICAL
ASSIMILATION OF TOPEX/POSEIDON ALTIMETER DATA IN A MODEL OF THE TROPICAL
PACIFIC OCEAN

L. GOURDEAU, J. VERRON

- Page 301
UTILISATION DE RÉSEAUX DE NEURONES DANS LE CADRE DE PRÉVISIONS
DE SÉRIES CHRONOLOGIQUES : ILLUSTRATION SUR LE PHÉNOMÈNE EL NINO SOUTHERN
OSCILLATION
TIME SERIE PREDICTION BY USING NEURAL NETWORKS: ILLUSTRATION
TO THE FORECAST OF EL NINO SOUTHERN OSCILLATION

O. MAAS, J.-P. BOULANGER, S. THIRIA

- Page 305
LE PROJET MERCATOR, UNE CONTRIBUTION À GODAE.
THE FRENCH PROJECT MERCATOR, A CONTRIBUTION TO GODAE

ÉQUIPE MERCATOR

- Page 307
TOURBILLONS ET VARIABILITÉ MÉSO-ÉCHELLE EN ATLANTIQUE NORD
EDDIES AND MESO-SCALE VARIABILITY IN THE NORTH ATLANTIC OCEAN

J. PAILLET, A. SERPETTE, T. PICHEVIN, Y. MOREL, A. TYCHENSKY, X. CARTON

Illustrations couleur - Page 317
# SECTION 1 : GÉODÉSIE

## BRANCHE FRANÇAISE DE L'ASSOCIATION INTERNATIONALE DE GÉODÉSIE
# ACTIVITES FRANÇAISES DANS LE DOMAINE DE LA GRAVIMETRIE ET DU CHAMP DE PESANTEUR (1994 - 1998)

## FRENCH ACTIVITIES IN THE DOMAIN OF GRAVIMETRY AND GRAVITY FIELD (1994 - 1998)

M. AMALVICT¹, R. BAYER², R. BIANCALE³, H. DUQUENNE⁴, N. FLORSCH⁵, J. HINDERER¹, M. LLUBES⁵

¹EOST, Strasbourg / ²LGT-ISTEEM, Montpellier / ³CNES-GRGS, Toulouse / ⁴ESGT, Le Mans / ⁵LEPCAT, La Rochelle

## ABSTRACT

This paper presents a survey of French activities in the domain of gravity field determination and geodynamic applications.

GRGS (Groupe de Recherches de Géodésie Spatiale) has been involved for 25 years in Earth gravity field modelling. The recently published GRIM4 models were achieved in cooperation with GFZ / Potsdam. They allow orbit adjustments of geodetic satellites at a sub-decimetric precision level and describe the global geoid down to 555 km wavelengths at a precision level of a few decimeters. Since 1995, teams at GRGS and GFZ have prepared a new generation of gravity models, in view of next satellite missions dedicated to Earth's gravity field and altimetry, by defining at first upgraded orbit computation standards. Preliminary GRIM5 solutions have still shown appreciable improvements. Moreover, performed mission analysis studies have demonstrated that the next gravity field missions, such as CHAMP and GRACE, will bring in the next few years considerable improvements, at least by a factor of 10, in the knowledge of the global gravity field.

In the field of gravimetry, numerous measurements have been undertaken by the Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre in Strasbourg with the GWR superconducting gravimeter and a newly acquired FG5 absolute gravimeter. Calibration and monitoring of the drift of the GWR instrument have been improved. The FG5 was compared with other instruments in Belgium and Italy and took part in the international inter-comparison campaign in Sèvres, 1997. In the sub-sismic and sismic domains of frequencies, the GWR gravimeter was compared with other superconducting instruments and with a STS-1 sismometer, improving the understanding of the global or local origins of signals. Periodic measurements campaigns have been initialised with the FG5 instrument in collaboration with CERGA at the LLR-SLR station in Grasse in order to study the long term stability of the station by gravimetric and geodetic methods. In collaboration with SHOM and LEPCAT, periodic absolute measurements have been undertaken close to a tide gauge and a GPS permanent station in Brest, aiming at discriminating between sea level change and crustal deformations. The ocean loading effect is clearly visible on the first records. EOST and LEPCAT collaborated

to analyse the continuous measurements in Strasbourg, which allowed identification of quarterdiurnal tidal waves and computation of the parameters of the free core nutation by a number of inverse methods.

The Laboratoire de Géophysique et Tectonique of the Montpellier II University completed several regional studies. In Western Gulf of Oman, the mechanisms of the deformation has been described from seismic and gravity data. The LGT participated in the "GEOFRANCE 3D Alpes" project in collaboration with BRGM by ground gravity surveys. Gravity data were also acquired over the French Alps by aerial survey, in collaboration with the ETH, Zürich. Preliminary processing are completed and a detailed map of Bouguer anomalies should be available by 1999. In connection with these works, effect of the troposphere on the vertical GPS accuracy was investigated, using a water vapor radiometer.

A solution for the quasigeoid in France has been presented by the Ecole Supérieure des Géomètres et Topographes. It was computed by the residual terrain model method. The quasigeoid was compared to a set of levelled GPS points: a statistical analysis was employed to distinguish errors in geodetic network from errors in gravity data. A grid to convert ellipsoidal heights into normal heights was derived. The precision of the grid was evaluated by independent data sets.

## 1. DÉTERMINATION DU CHAMP DE GRAVITÉ GLOBAL

Depuis 1974, le GRGS s'est engagé dans la modélisation du champ de gravité global de la Terre et en a fait une de ses activités majeures qui s'est développée en étroite collaboration avec le Pr. Reigber (à l'Université de Muni-ch, puis au DGFI, enfin au GFZ/Potsdam). Les modèles GRIM réalisés ont acquis une réputation internationale et les dernières versions GRIM4-S4/C4 publiées en 1997 (Schwintzer et al., 1997) sont une référence de la précision aujourd'hui atteinte à la fois dans les calculs d'orbite et sur les grandes longueurs d'onde du géoïde. Les modèles GRIM4-S4/C4 sont développés jusqu'au degré 72 (> 555 km) en harmoniques sphériques. Ils intègrent plus de 2 600 000 données de suivi de 34 satellites, combinées dans le modèle C4 avec 22 500 données moyennes (1° x 1°) d'anomalies de gravité sur les continents et 28 500 données moyennes (1° x 1°) d'une surface moyen-
<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>**Fig. 1** : Erreur intégrée sur le géoïde basée sur la matrice de covariance de GRIM4-C4</figcaption></figure>

ne océanique calculée au GRGS à partir des données altimétriques GEOSAT, ERS1 et TOPEX.

De nombreuses évaluations de ces modèles ont été réalisées soit à partir de la matrice de covariance pour estimer l'impact des erreurs en termes de précision radiale d'orbite, de précision du géoïde par zones géographiques et intégrée (en degré sur plusieurs longueurs d'onde), de précision de la circulation géostrophique..., soit par comparaison à d'autres modèles de champs globaux (JGM 2S, JGM 3), de géoïde (OSU 95), d'anomalies de gravité, de surfaces moyennes océaniques..., soit encore en ajustement d'orbite. En synthèse des performances des modèles GRIM4-S4/C4, on peut affirmer aujourd'hui que la qualité du positionnement des satellites géodésiques au-dessus de 800 km d'altitude est sub-décimétrique (elle est métrique dans le cas de GFZ1 à 400 km). En termes de précision sur le géoïde, le niveau du modèle combiné C4 est plutôt pluri-décimétrique. L'incertitude va croissant avec le degré harmonique sphérique, c'est-à-dire vers les plus petites longueurs d'onde. La connaissance globale du géoïde au degré 50 (longueur d'onde : 800 km) atteint 60 cm alors qu'elle se dégrade à plus de 80 cm au degré 72 de troncature du modèle (longueur d'onde : 555 km). La Figure 1 basée sur l'analyse de covariance du modèle C4 montre bien ce comportement ainsi que la disparité de précision qui existe entre les zones océaniques, continentes et polaires due au type de données de surface utilisées et qui interviennent notamment à partir du degré 25. En deçà, l'apport prépondérant des données de suivi tend à minimiser les différences géographiques. La Figure 2 qui représente l'écart intégré en degré entre le modèle GRIM4-C4 et le modèle américain JGM 3 (NASA/UTEX) corrobore ce phénomène, sauf peut être en zone continente. La différence provient probablement de ce que les lots d'anomalies de gravité, utilisés sur les zones aussi grandes que l'Amérique du Sud, l'Himalaya ou l'Afrique Centrale, sont différents.

Dès 1995, le GRGS et le GFZ ont engagé le processus de réitération des modèles GRIM4 pour tirer parti des évolutions des algorithmes et des modèles jusqu'à nos jours, dans un cadre scientifique d'une part, et d'autre part

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>**Fig. 2** : Écart intégré sur le géoïde entre les modèles JGM3 et GRIM4-C4</figcaption></figure>

dans le cadre du projet de satellite allemand CHAMP, à participation CNES, pour lequel GRIM5 doit servir de modèle de base. L'enjeu ne s'arrête d'ailleurs pas là puisque, outre une meilleure modélisation du géoïde attendue par cette mission et estimée à une précision de 10 cm jusqu'à 800 km de longueur d'onde, le modèle GRIM5-CHAMP est proposé pour servir au calcul des orbites opérationnelles des satellites altimétriques ENVI-SAT et Jason. Le GRGS et le GFZ ont établi conjointement les bases cette réitération en définissant les standards GRIM5. Ces nouveaux standards qui ont entraîné un grand nombre de modifications dans les logiciels respectifs GINS et EPOS ont été suscités et établis par nombre de travaux originaux nationaux ou au sein du GRGS. Cela est le cas pour la modélisation du frottement (modèle DTM94, C. Berger et al. 1998), de l'albédo et du flux infrarouge (P. Rozanes, 1997), des forces thermiques sur les satellites Lageos notamment (G. Metris, 1997), de la reconsidération des problèmes de repère, de la prise en compte d'un modèle statique d'océan dans la réponse globale de la Terre à la variation de charge atmosphérique (P. Gegout, 1995), des marées océaniques (modèle IMG-FES95, C. Le Provost et al., 1998 ; F. Lyard, 1998) et terrestres (Conventions IERS, P. Gegout). D'autre part, les travaux réalisés dans le cadre de l'IERS constituent un support important aux standards GRIM5 puisque aussi bien la nouvelle série homogène des paramètres de rotation de la Terre (EOP97 C04) que le système de référence terrestre (ITRF96) ont été adoptés comme modèles a priori.

D'autres actions importantes ont été menées pendant cette phase préparatoire, qu'elles aient trait à l'algorith-mique ou à l'observation : par exemple, une demande de campagne laser internationale sur les satellites DIADE-ME, satellites géodésiques lancés par le CNES en 1967, a été formulée auprès de la sous-commission laser du CSTG. Cette demande, qui a donné lieu à une campagne d'observation de six mois en 1997, a permis de substituer les anciennes mesures trop éparses et trop peu précises des satellites D1C et D-1D lancés il y a plus de 30 ans sur des orbites peu inclinées (40°) et quelque peu excên-
<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Fig. 3 : Précisions intégrées du géoïde relatives au modèle GRIM4 et estimées par analyse de la mission CHAMP à 500, puis à 300 km</figcaption></figure>

triques (entre 600 et 1100/1700 km). Ces caractéristiques présentes sur ces seuls satellites en font des cibles tout à fait intéressantes pour la modélisation du champ de gravité terrestre

Les premières solutions GRIM5, bien qu'incomplètes et peu affinées, ont d'ores et déjà montré un gain sensible, notamment en utilisation en calcul d'orbite. Cela est de bon augure pour la suite des études sur le champ de gravité global de la Terre, grâce dans un premier temps aux retombées de la prochaine mission CHAMP (DARA) et plus tard à l'horizon 2001 de la mission GRACE (NASA/DLR).

CHAMP est le projet allemand de satellite scientifique en cours de réalisation et dont les objectifs principaux sont à la fois le champ magnétique et le champ de gravité terrestres et dont le lancement est prévu pour début 2000. L'instrumentation géodésique embarquée comprend principalement un récepteur double fréquence GPS, un réflecteur laser, un accéléromètre. Grâce aux outils d'analyse de mission développés dans le cadre des projets GAMES et BRIDGE, le GRGS a réalisé plusieurs simulations qui ont montré que cette mission, à 470 puis 300 km d'altitude, peut permettre de recouvrer le champ de gravité de la Terre avec la précision requise de 10 cm jusqu'aux longueurs d'onde de 800 km (Figure 3). Cette argumentation, conditionnée par la qualité de l'accéléromètre à mieux que $10^{-8} \text{ m/s}^2$ rms a poussé le CNES à intervenir dans le projet et à proposer la fourniture de l'accéléromètre STAR de l'ONERA de résolution quelque $10^{-9} \text{ m/s}^2$. L'accord CNES/DARA sur la participation française à CHAMP a

été entériné par la proposition officielle du président du CNES datée du 6 septembre 1996. Cette mission aura en outre un impact important sur la mission altimétrique Jason décidée conjointement par le CNES et la NASA, puisque concomitante, l'amélioration obtenue sur le champ de gravité par l'une permettra de réduire l'erreur radiale d'orbite dépendant de la modélisation du champ sur l'autre à moins de 3 mm d'après nos simulations, ce qui devrait permettre de satisfaire la performance centimétrique annoncée.

## 2. GRAVIMÉTRIE

### 2.1. Résultats liés au gravimètre supraconducteur de Strasbourg GWR Instruments

Le gravimètre à supraconductivité de Strasbourg, qui est le seul instrument de ce type en France, a poursuivi son enregistrement en continu des variations temporelles de la gravité terrestre sur un très large spectre allant des modes de vibrations sismiques aux phénomènes de période de supérieure à l'année. Rappelons que cet instrument, qui conjugue une forte sensibilité à une dérive à long terme très faible par rapport aux gravimètres classiques mécaniques, fait partie du réseau mondial de gravimètres cryogéniques dans le cadre du Global Geodynamics Project (Crossley & Hinderer 1995), dont la période d'observations communes a débuté en juillet 1997.

Plusieurs résultats importants ont été obtenus dans le cadre de l'étude des marées terrestres. Le premier concerne l'identification spectrale des ondes de marées quart
diurnes (de période proche de 6 heures) d'amplitude très faible de l'ordre du nanogal (1 nanogal = $10^{-11} \text{m.s}^{-2} \approx 1 \text{ pico-g}$) (Florsch et al. 1995a, b) Cette identification est importante car elle démontre l'aptitude des gravimètres supraconducteurs à détecter des signaux de très faible amplitude comme ceux qui proviennent de l'intérieur profond de la Terre.

Le second concerne l'effet de résonance du noyau liquide sur les ondes de marée diurnes, en utilisant plusieurs méthodes inverses (dont, en particulier, une approche Bayésienne rapportée plus loin dans cet article) de détermination des paramètres (période, facteur de qualité, amplification) du mode de rotation libre presque diurne (Free Core Nutation) (Florsch et al. 1994 ; Defraigne et al. 1994, 1995 ; Hinderer 1997a, b ; Florsch & Hinderer 1998).

Dans la bande de fréquences sub-sismiques (périodes supérieures à 1 heure), plusieurs études comparatives des signaux provenant de gravimètres cryogéniques ont été menées (Hinderer et al. 1994). En particulier, nous avons intensivement cherché les modes oscillatoires du noyau liquide dont la détection serait d'un grand intérêt pour la connaissance de la dynamique interne de notre planète. Ces études ont permis de mieux comprendre quels étaient les signaux globaux de caractère planétaire, ainsi que ceux de nature plus locale. Malheureusement, le signal qui avait été mis en évidence d'un triplet lié au mode de translation de la graine solide (mode de Slichter) dans les enregistrements de trois gravimètres supraconducteurs situés en Europe (Smylie et al. 1994) n'a pas pu être confirmé dans d'autres enregistrements (Jensen et al. 1995 ; Hinderer et al. 1995, Florsch et al. 1995c).

Un autre point intéressant est d'ordre plus métrologique et concerne une comparaison entre un gravimètre cryogénique et un sismomètre longue période de type STS-1 (Freybourger et al. 1997) ; cette étude montre que les deux instruments ont des capacités comparables dans la bande de fréquences sismiques mais que le bruit instrumental du capteur sismologique est considérablement supérieur pour le domaine de fréquences plus basses, très probablement à cause d'effets thermiques.

Dans le domaine des longues périodes, deux études liées aux effets gravifiques du mouvement du pôle de rotation terrestre méritent d'être citées. La première montre l'importance d'acquérir une série longue à l'aide de gravimètres cryogéniques pour pouvoir séparer les effets annuels (de diverses origines physiques) des effets du terme chandlérien de 435 jours de période. C'est ainsi qu'une série de 3000 jours du gravimètre GWR T005 à Strasbourg a permis d'obtenir un facteur gravimétrique $δ = 1.2 \pm 0.1$ (fonction de transfert de la Terre) pour ce terme (Hinderer et al. 1998a ; Loyer et al. 1998). La deuxième étude, qui utilise un jeu de 2 ans du nouveau gravimètre à supraconductivité GWR C026, démontre la capacité de ces instruments à détecter le mouvement du pôle, et ceci en accord avec des mesures répétées de gravimétrie absolue au même lieu, comme le montre la Figure 4 (Amalvict et al. 1998a, b).

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Fig. 4 : Comparaison entre gravimètres supraconducteur et absolu à la station de Strasbourg.</figcaption></figure>

Enfin, dans le but de mieux corriger nos enregistrements de gravité des effets perturbateurs de pression atmosphérique, nous avons calculé les différences entre une approche (classique) locale qui utilise la notion d'admission (Crossley et al. 1995) et une approche globale qui utilise les fonctions de Green atmosphériques. Les premiers résultats montrent de réelles différences en ce qui concerne les phénomènes à longue période (par exemple annuel) et ceux à composante thermique (tels que l'onde solaire $S_1$), mais relativement peu d'écart pour les ondes de marée diurnes et semi-diurnes (Boy et al. 1998a, b).

## 2.2. Résultats liés au gravimètre absolu portable FG5 (Micro-g Solutions)

L'ensemble de la communauté gravimétrique française a acquis fin 1996 un gravimètre absolu portable (modèle FG-5 de Micro-g Solutions Inc.) qui est un instrument d'une précision remarquable (proche du microgal) afin de mieux connaître le champ de pesanteur à la fois spatialement et temporellement (à très long terme). Les séries de mesures continues en parallèle avec le gravimètre cryogénique GWR C026 à intervalle régulier de l'ordre du mois depuis janvier 1997 ont deux objectifs principaux :

- l'étalonnage précis du gravimètre relatif avec une précision, qui est voisine de 0.1 % (Amalvict et al. 1998a, b), précision requise pour de nombreuses applications en Géodynamique (cf. Crossley & Hinderer 1995);

- le suivi de la dérive instrumentale à long terme et la discrimination des variations de gravité à longue période d'origine physique (par exemple hydrogéologique) des effets instrumentaux ; un résultat remarquable est la très bonne concordance des mesures du gravimètre absolu FG5-206 avec les variations prédites par la théorie à partir des observations de la rotation terrestre (Amalvict et al. 1998b ; Hinderer et al. 1998b, voir Figure 4).

Nous avons également effectué des mesures en parallèle avec le gravimètre absolu portable FG5 de l'Observatoire.
vatoire Royal de Belgique (Bruxelles) et le gravimètre cryogénique belge GWR C021 à la station de Membach, avec pour objectif l'étalonnage précis du gravimètre relatif et vérification des performances instrumentales entre deux appareils de même conception (Francis et al. 1997).

Une série de mesures en parallèle avec le gravimètre cryogénique GWR italien au site de Brasimone nous a permis de tester notre méthode de calibration par rapport à celle issue d'une autre méthode de nature gravitationnelle développée sur place ; l'accord trouvé entre ces deux méthodes indépendantes est très satisfaisant (Baldi et al. 1998).

L'instrument a participé en 1997 à l'intercomparaison internationale de gravimétrie absolue organisée par le BIPM à Sèvres (Paris) et les premiers résultats de cette intercomparaison viennent d'être présentés à une réunion de l'IAG à Trieste en septembre 1998.

Une des collaborations importantes que nous avons développées avec le CERGA (Grasse) consiste à mesurer dans le cadre d'une série répétitive à rythme saisonnier la gravité en deux points de référence (station gravimétrique et au pied du laser Lune) afin d'étudier la stabilité du site de Calern à long terme et de la comparer avec celle vue par les techniques de géodésie spatiale (interférométrie laser satellite et laser Lune, VLBI, GPS, DORIS) ; en particulier, nous nous intéressons à la faisabilité de détection d'un mouvement vertical sub-centimétrique à l'aide du gravimètre absolu, qui pourrait alors avoir d'importantes applications dans d'autres disciplines telles que la volcanologie ou la tectonique.

Nous avons également entamé une étude en collaboration avec le SHOM (Brest) d'une série répétitive de mesures absolues à rythme annuel. Ces mesures pourront permettre des rattachements de qualité de balises en zone portuaire (notamment pour les campagnes de géophysique marine) et aideront à discriminer, en les combinant à des mesures de positionnement GPS permanent et de marégraphie, la déformation crustale et la variation du niveau moyen des océans (voir ci-dessous et Lalancette et al. 1998).

## 3. INTERPRÉTATION GÉOPHYSIQUE DES DONNÉES GRAVIMÉTRIQUES

### 3.1. Estimation Bayesienne des paramètres de la nutation libre du noyau par analyse de données de marée gravimétrique

Associée à l'existence du noyau liquide, il existe un mode de rotation de fréquence presque diurne. Son étude, qui est accessible à partir des données d'interférométrie à longue base (VLBI) et par l'effet qu'il produit sur les "facteurs delta" obtenus par analyse des marées terrestres, est d'un grand intérêt pour la connaissance du noyau liquide. En particulier, le facteur de qualité (Q) associé à ce mode permet d'approcher la viscosité du noyau. C'est principalement les phases des ondes de marées ainsi per-

turbées qui déterminent la valeur de Q. Malheureusement, les surcharges océaniques bruitent la mesure des signaux d'origine interne, si bien que l'estimation de Q demeure difficile. Plus précisément, l'équation décrivant la résonance s'écrit :

$$ \ddot{\delta}_j = \delta_{j0} + \frac{\dot{\delta}_j}{\delta_{j1} - \delta_{j0}} $$

où $\ddot{\delta}_j$ représente les facteurs gravimétriques observés pour chaque onde de fréquence $\dot{\delta}_j$. Les inconnues à déterminer sont le facteur de référence $\delta_{j0}$, la fonction de transfert associée au manteau $\dot{\delta}_j = \dot{\delta}_{j0} + i\dot{\delta}_{j1}$ et surtout la fréquence complexe de la résonance presque diurne : $\dot{\delta}_{jd} = \dot{\delta}_{jd0} + i\dot{\delta}_{jd1}$. On exprime le plus souvent les résultats qui concernent la période $T = \frac{2\pi}{\dot{\delta}_{jd0}}$ et le facteur de qualité $Q = \frac{\dot{\delta}_{jd1}}{2\pi\dot{\delta}_{jd0}} = 10^{-2}$.

En suivant un formalisme bayesien, on fournit la solution sous la forme de lois de probabilité pour chacun des paramètres (Florsch et Hinderer, 1998 et 1999). Dans le processus d'inversion, la prise en compte de l'information nulle sous la forme $\mu(x) = \mu(\log(Q)) = \text{const.}$ s'avère cruciale (il est équivalent de prendre $\mu(Q) = \text{const.} / Q$), si on conserve la paramétrisation en Q). Cette forme de loi respecte une invariance d'échelle. Par ailleurs, on montre la dépendance de Q avec les effets de surcharge océaniques. En effet, on trouve que $\dot{\delta}_{jd} = \kappa(\dot{\delta}_{j0} - \dot{\delta}_{j1})$, ce qui exprime la relation entre le facteur de qualité et les déphasages des ondes de marée (K étant pratiquement une constante).

Par une analyse calculatoire, on en déduit facilement comment les inversions classiques conduisent à une sous-estimation systématique de Q.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Fig. 5 : Lois de T et Q pour un signal de 4.2 années.</figcaption></figure>

La Figure 5 montre les lois de T et Q pour un signal de 4.2 années enregistré sur le gravimètre supraconducteur de Strasbourg, résultats qui sont finalement compa-
tibles avec les données déduites des analyses VLBI. L'incertitude sur Q reste grande : l'amélioration de la précision passe par celle des estimateurs de la surcharge océanique.

## 3.2. Observation de la surcharge océanique et confrontation aux modèles

Le champ de pesanteur présente des variations périodiques dues aux effets de charge de la marée océanique. La flexure de la croûte qui en résulte atteint quelques centimètres d'amplitude. Celle déformation est la plus forte au voisinage des océans et elle s'atténue vers l'intérieur des continents. Elle reste suffisamment importante à quelques centaines de kilomètres des côtes pour qu'il soit pertinent de la prendre en compte lors d'études microgravimétriques. Les variations du champ de pesanteur comportent d'une part un effet direct d'attraction Newtonienne, et d'autre part une contribution engendrée par la déformation de la croûte. Il est possible de déduire ce signal de façon empirique d'observations marégraphiques en appliquant un facteur multiplicatif. C'est un moyen simple mais grossier d'évaluer les corrections qui peuvent être faites pour améliorer la précision des données de gravimétrie. Toutefois, une telle approche empirique n'a qu'une valeur locale et il est toujours préférable de recouvrir à des modèles physiques pour modéliser ce type d'effet. Actuellement, le calcul théorique des effets de surcharge en gravité et en déplacement vertical peut être réalisé à partir de tels modèles. On calcule tout d'abord

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>**Fig. 6 :** Effet de charge prédit pour l'onde principale M2 en Bretagne</figcaption></figure>

l'intégrale de convolution entre la hauteur d'eau (donnée par un modèle de marée océanique) et la fonction de Green décrivant la réponse de la Terre à la charge d'une masse ponctuelle. Puis, on somme les différentes harmoniques ainsi obtenues afin de recomposer le signal temporel. La prédiction globale du phénomène est ainsi accessible en n'importe quel lieu et pour n'importe quel-

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>**Fig. 7 :** Variations de gravité (mGal) prédites et observées à Brest, induites par la charge océanique.</figcaption></figure>

le date. Dans le but de comparer les prédictions à des observations, une mission expérimentale a été planifiée au mois de mars 1998 en Bretagne (France) (Lalancette et al., 1998). Cette région constitue un observatoire idéal pour les surcharges car les marées de l'océan Atlantique y ont des amplitudes élevées. Pendant cette période, la théorie prévoit un déplacement vertical atteignant 80 mm crête à crête et des variations de la gravité de 30µgal crête à crête. Plusieurs instruments ont été installés sur deux sites distincts : deux microgravimètres relatifs Scintrex, un GPS différentiel, et un gravimètre absolu FG5. Des données de marégraphes sont également disponibles sur des sites voisins. La Figure 6 montre l'effet de charge prédit pour l'onde principale M2, ainsi que les deux emplacements des stations d'observation.

Sur la Figure 7, on peut voir les variations en fonction du temps de la surcharge prédite à Brest (qui est pratiquement en phase avec la hauteur de l'eau), et les observations temporelles de la gravité (corrigées de la marée terrestre) réalisées par le gravimètre absolu. L'écart entre les deux courbes est d'environ 20 % avec une amplitude du modèle qui est sous-estimée. Nous interprétons cette différence comme due à la résolution grossière des modèles de marée océanique (maille d'environ 50 km) et aux nombreuses influences côtières (topographie et effets non-linéaires). Toutefois, l'influence de la rhéologie reste non étudiée et pourrait contribuer également à ce signal.

# 4. ÉTUDES RÉGIONALES

## 4.1. Evolution de la zone de collision zagros-makran-oman

L'analyse des lignes sismiques couplée à l'interprétation des données gravimétriques acquises ou existantes sur cette zone a permis au Laboratoire de Géophysique et Tectonique de l'Université de Montpellier II de préciser la structure et l'évolution tectonique de cette zone en convergence depuis le Crétacé (Ravaud et al., 1998).

## 4.2. Etude structurale profonde 3d des alpes occidentales

Dans le cadre du programme "GEOFRANCE 3D Alpes" initié par le Ministère de l'Éducation Nationale de
la Recherche et de la Technologie (CNRS) et le Ministère de l'Industrie (BRGM), le laboratoire de Géophysique et Tectonique (LGT, UMR 5573, ISTEEM, Université Montpellier II, France) a poursuivi en 1998 son travail de cartographie gravimétrique sur les Alpes Occidentales dans le but 1) de fournir une carte détaillée des anomalies de pesanteur sur cette chaîne à partir de mesures au sol ou de mesures aéroportées et 2) d'obtenir une image tridimensionnelle de la chaîne conciliant les données de pesanteur et les données de tomographie et de grands profils sismiques.

En 1998, les zones du Vercors, le Massif du Pelvoux, le Queyras, l'arrière pays niçois et le Massif du Tanneron ont été couvertes. Environ 1 700 stations (1 station pour environ 6 km²) ont été mesurées avec un gravimètre Lacoste et Romberg et nivelées par technique GPS (Figure 8). Au final, une carte de l'anomalie à l'air libre a été produite dans le système IGSN71 (précision estimée à 0.2 mgal).

L'utilisation de la gravimétrie aéroportée en domaine continental ou océanique permet de connaître la pesanteur sur des régions inaccessibles par les techniques de levé au sol ou altimétriques (régions côtières). D'un point de vue spectral, l'aérogravimétrie permet de décrire la pesanteur sur une largeur spectrale allant de la dizaine de km au millier de km, longueur d'onde à partir de laquelle les modèles globaux opèrent avec une bonne précision. Par ailleurs, la cartographie à altitude constante facilite le traitement ultérieur (correction topographique) et l'interprétation géologique du signal de pesanteur.

Pour ces raisons, un levé aérogravimétrique a été réalisé sur les Alpes Occidentales suisses et françaises en février 1998 (Verdun et al., 1998).

Le levé a été réalisé à l'altitude de 5 100 m avec un avion de marque " Twin Otter De Havilland" appartenant au Bureau Suisse des Levés Cadastraux. La longueur totale des lignes volées est de 10 000 km, selon des lignes NS espacées de 10 km et des traverses EO espacées de 20 km (Figure 9). Le signal de pesanteur a été mesuré à l'aide d'un gravimètre Lacoste et Romberg, type SA, monté sur une plate-forme stabilisée, échantillonnant la position du fléau à 10 Hz et la tension du ressort à 1 Hz. Par ailleurs, une centrale inertielle a mesuré les accélérations de l'avion avec une fréquence de mesure de 50 et 100 Hz.

L'avion équipé de 6 récepteurs GPS mono ou bi-fréquence, enregistrant entre 2 et 8 Hz, et la mise en place de 5 stations GPS (1Hz) de référence au sol, devaient permettre de connaître avec grande précision la trajectoire, la vitesse et l'accélération verticale de l'avion pendant le levé. Ce levé a donné lieu à un traitement préliminaire en 1998 sur quelques lignes pour lesquelles la trajectographie de l'avion a été faite en traitant le couple "GPS avion/station IGS de Zimmervald". Les coefficients de calibration du gravimètre ont été étudiés. La pesanteur a été estimée après calcul des corrections du cross-coupling, de l'accélération d'Eötvos et de l'accélération verticale de l'avion. A partir de cette information préliminaire, l'anomalie à l'air libre filtrée à grande longueur a été cartographiée (Figure 10).

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Fig. 8 : Localisation des nouvelles stations gravimétriques acquises en 1997-98</figcaption></figure>

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Fig. 9 : Localisation des lignes et traverses du levé aérogravimétrique</figcaption></figure>
<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>**Fig. 10** : Carte préliminaire de l'anomalie à l'air libre à grand-de longueur d'onde obtenue à partir de quelques lignes et traverses.</figcaption></figure>

En 1999, la cartographie détaillée et complète de l'anomalie de Bouguer sera réalisée et comparée avec la cartographie au sol.

### 4.3. Le positionnement GPS en zone de Montagne : effet de la troposphère sur la précision GPS verticale

L'estimation précise des déformations verticales est essentielle pour comprendre les processus géodynamiques. La principale limitation de la précision verticale du système GPS est liée à la difficulté d'estimer l'effet de la réfraction troposphérique. Ceci est particulièrement critique en zone de montagne en raison des forts dénivelés et des importantes variations météorologiques locales. Deux

campagnes GPS ont été réalisées en juillet 1994 (8 jours) et mars 1996 (11 jours), durant des périodes climatiques contrastées, sur une ligne de base à fort dénivelé (1 400 m). Le délai troposphérique est calibré par des modèles standard d'atmosphère (STD), à l'aide de radiomètres à vapeur d'eau (WVR) et de baromètres, ou estimé par moindres carrés dans le traitement GPS (LSE pour Least Squares Estimation) (Figure 11). Une précision de 11-14 mm est obtenue sur la répétabilité bi-quotidienne des solutions LSE tandis que les valeurs moyennes des solutions des deux époques sont peu décalées (1 mm) (Doerflinger et al., 1998).

## 5. DÉTERMINATION DU GEOÏDE

### 5.1 Le modèle de géoïde QGF98

L'Ecole Supérieure des Géomètres et Topographes a proposé un modèle de quasi-géoïde couvrant la France continentale et la Corse (Figure 12 et Duquenne, 1998 a). Ce modèle a été calculé par la méthode du terrain résiduel (Forsberg, 1994) à partir du modèle global de champ OSU91A, de plus de 500 000 valeurs de pesanteur et d'un modèle numérique de terrain s'étendant sur l'Europe de l'ouest. Le quasi-géoïde gravimétrique a été comparé à 978 points GPS nivelés du réseau géodésique RGF93 réalisé par l'Institut Géographique National (Duquenne, 1998b). La référence d'altitude (surface d'altitude nulle) matérialisée par le réseau ne coïncide pas avec le quasi-géoïde gravimétrique pour les raisons suivantes :

- Les différences entre la référence géodésique du quasi-géoïde gravimétrique et celle du réseau géodésique ne sont pas parfaitement modélisées.

- Les erreurs des coefficients du modèle de champ OSU91 entraînent des erreurs sur le quasi-géoïde gravimétrique dont la distance de corrélation est de l'ordre de grandeur du rayon d'intégration de Stokes.

- Les erreurs systématiques, les fautes et manques de données affectant la gravimétrie se traduisent par des erreurs corrélées sur le quasi-géoïde gravimétrique. Leur distance de corrélation croît avec le rayon d'intégration de

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>**Fig. 11** : Le délai troposphérique zénithal différentiel entre deux stations GPS calculé lors du traitement GPS est comparé avec le délai issu des mesures radiométriques.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>**Fig. 12** : Le modèle de quasi-géoïde QGF98 (référence GRS80)</figcaption></figure>
Stokes. La limitation de ce rayon provoque le même type d'erreur.

– Les effets troposphériques sur les mesures GPS produisent des erreurs corrélées sur la haute ellipsoïdale des stations. La distance de corrélation peut dépasser 20 km, en fonction des longueurs de base et du nombre de récepteurs. D'autres erreurs et fautes dans le réseau GPS ont des effets non corrélés.

– Le réseau de nivellement français est affecté par une erreur systématique vers le nord (environ 0,30 m / 1 000 km), et probablement par des erreurs corrélées plus faibles en montagne. D'autre part, la surface de référence du nivellement est fixée au marégraphe de Marseille où le niveau moyen de la mer ne coïncide pas exactement avec le géoïde gravimétrique.

<table><caption>Table 1 : Comparaisons de QGF98 avec 978 points du RGF.</caption><thead><tr><th></th><th>Paramètre</th><th>Unité</th><th>Valeur</th></tr></thead><tbody><tr><td>a</td><td>biais constant</td><td>m</td><td>0.050</td></tr><tr><td>b</td><td>pente vers le nord</td><td>m/1000 km</td><td>-0.5258</td></tr><tr><td>c</td><td>pente vers l'est</td><td>m/1000 km</td><td>0.7852</td></tr><tr><td>Min s+n</td><td>résidu minimal</td><td>m</td><td>-0.379</td></tr><tr><td>Max s+n</td><td>résidu maximal</td><td>m</td><td>0.676</td></tr><tr><td>σ<sub>v</sub></td><td>ecart-type des s+n</td><td>m</td><td>0.109</td></tr><tr><td>σ<sub>s</sub></td><td>ecart-type des signaux</td><td>m</td><td>0.104</td></tr><tr><td>σ<sub>n</sub></td><td>ecart-type des bruits</td><td>m</td><td>0.034</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Fig. 13 : Résidus de la régression linéaire de QGF98 avec les points GPS nivelés du RBF.</figcaption></figure>

Les écarts entre référence d'altitude et quasi-géoïde gravimétrique peuvent être modélisés par la somme d'une tendance (ici linéaire), d'un signal s et d'un bruit n :

$$ \zeta_{\text{GPS-Niv}} - \zeta_{\text{Grv}} = a + b (\varphi - \varphi_0) + c(\lambda - \lambda_0)\cos\varphi + s + n $$

La tendance représente la partie des écarts à très longue distance de corrélation due essentiellement aux inconsistencies de références et aux erreurs à grande longueurs d'onde du modèle de champ. Le signal représente la partie à distance de corrélation moyenne, principalement les erreurs de gravimétrie et dans une moindre mesure les erreurs corrélées du GPS. Le bruit est la partie non corrélée des écarts, il contient en particulier certaines fautes de mesure qu'il est possible détecter. Les paramètres du modèle des écarts sont déterminés par collocation, ainsi que les écarts-types des signaux et bruits (Table 1). Les fortes valeurs des paramètres de tendance (a, b, c) sont dues aux défauts locaux du modèle de champ OSU91 (Duquenne, 1997). L'écart-type des signaux (10.4 cm) caractérise assez bien la précision du quasi-géoïde. La cartographie des écarts après retrait de la tendance (Figure 13) met en évidence les défauts de la gravimétrie en Méditerranée entre la Côte d'Azur et la Corse (voir aussi, à ce sujet, Balmino et al., 1997).

## 5.2. RAF98, un outil pour le nivellement par GPS

Le nivellement par GPS est une application importante de la détermination du quasi-géoïde. Cependant, celui-ci doit être corrigé de la tendance et du signal pour obtenir une réalisation numérique de la référence d'altitude (surface du réseau IGN69 en France continentale) exprimée dans la référence géodésique (RGF93). On a obtenu

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Fig. 14 : Localisation des tests de la référence d'altitude RAF 98.</figcaption></figure>

de cette manière la grille RAF98 qui permet de convertir les hauteurs ellipsoïdales en altitudes normales. La précision de cette grille a été testée (CNIG, 1999) en utilisant plus de 300 points répartis sur la France entière, rattachés par GPS au système de référence géodésique RGF93, et par nivellement de précision au réseau IGN69 (Figure 14). On a pu en déduire une précision (rms) de RAF98 généralement comprise entre 2 et 3 centimètres.
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ABSTRACT

After a brief presentation of the technical aspects of the space geodetic systems and of their main characteristics, we will present here the various results obtained by the French community in the last four -year period. The French satellite system DORIS, launched for the first time on-board the SPOT-2 satellite in 1990 has demonstrated since then several scientific applications: precise orbit determination for low Earth orbiting satellites, geodesy and geophysics. The Russian navigation satellite system GLONASS, very similar in its principle to the american GPS system, is also presented in addition to the first international campaign of scientific observations of this constellation in view of navigation or geodetic applications.

The laser telemetry has been significantly improved during the last four years under several aspects: accuracy (stability of range biais over short and long term), quality of predictions, quality control in near real time at the European and international level, effort to have a better geographical distribution particularly in the southern hemisphere, partial automation to facilitate the tracking of very numerous satellites, better sensitivity to track satellites with smaller telescope and few retroreflectors on board. Due to the great and successfull development of radiotracking systems (GPS, DORIS, PRARE), the role of laser has changed and has been more important on basic geodetic network, calibration of radioelectric techniques (altimeter, systematic error in orbit determination of GPS or GLONASS satellites), secular or long periodic variations of Earth gravity field, with an accurate determination of its first harmonics.

The French community has participated to all these changes improving the Grasse laser site (GPS, GLONASS, SLR and LLR stations), developing a very mobile laser station (FTLRS) with an experiment in Corsica for altimeter calibration, developing a cooperation with NASA for housing a laser station and other geodetic systems in Tahiti, pursuing research in the two-color laser ranging for better tropospheric correction. This community contributes also to international services such as the International Earth Rotation Service - IERS, the Coordination of Space Techniques for Geodesy and Geodynamics - CSTG, the International GPS Service - IGS, and the new International Laser Ranging Service - ILRS.

1. INTRODUCTION

Ce papier synthétise les progrès récents réalisés en France dans le secteur de la géodésie spatiale grâce aux techniques spatiales comme DORIS (Détermination d'Orbite et Radio-positionnement Intégré sur Satellite), GLONASS et la télémétrie laser. La description des travaux réalisés ces quatre dernières années met en évidence de l'apport des constellations des satellites DORIS, GLONASS et laser (satellites équipés de rétro-réflecteurs laser) à la modélisation d'orbite (description des forces), à la détermination du champ de gravité de la Terre et de ses variations temporelles, et à la réalisation du repère de référence terrestre fondamental.

Le système DORIS est un système français, développé par le CNES en collaboration avec l'IGN et le GRGS pour la détermination précise d'orbite de satellites bas, et en vue de nombreuses applications en géodésie et en géophysique. Le premier satellite comportant un récepteur DORIS a été le satellite SPOT-2 lancé en 1990, qui est toujours opérationnel (bien après sa durée de vie nominale). Depuis cette date, d'autres satellites ont embarqué des récepteurs DORIS : TOPEX/Poseidon (T/P) en août 1992, SPOT-3 en octobre 1993 (jusqu'en novembre 1996), et SPOT-4 en mars 1998. Plusieurs autres satellites sont prévus dans un avenir proche, ENVISAT, Jason-1 au principes 2000, SPOT-5... Le système DORIS est un système ascendant : un réseau de balises permanentes émettent depuis le sol des signaux omnidirectionnels qui sont captés par des satellites (mesures de l'effet Doppler). Afin d'estimer au mieux le retard ionosphérique, le système DORIS utilise deux fréquences : 2036,25 Mhz et 401,25 Mhz (Willis, 1996).

En plus du système DORIS, de nombreux groupes français se sont intéressés à l'utilisation du système russe de navigation GLONASS. Ce système militaire russe est très proche dans ses principes du système GPS de navigation par satellites. Une vingtaine de satellites placés sur des orbites, à en moyenne 20.000 km, émettent des signaux codés qui peuvent servir à localiser des mobiles au sol à une précision de quelques mètres. Il est aussi possible de l'utiliser, comme pour le système américain GPS, pour des applications précises liées à la géodésie et à la géophysique. Bien que le système GLONASS ne soit toujours pas opérationnel (tous les satellites ne sont pas encore lancés) et que sa pérenité ne soit pas totalement assurée, certains constructeurs proposent déjà des récepteurs mixtes GPS/GLONASS. L'intérêt d'utiliser conjointement les mesures de ces deux systèmes de navigation est multiple, tant pour les applications de navigation que pour les appli-
cations géodésiques de précision : amélioration en terme de disponibilité, de fiabilité et d'exactitude.

L'avantage de la télémétrie laser se situe dans la simplicité du concept de la mesure (temps de trajet d'une impulsion lumineuse) et dans son exactitude. Elle utilise des rétro-réflecteurs, d'un coût modeste, qui sont placés à bord des satellites ou encore, dans le cas de la Lune, qui ont été déposés par les missions Apollo et Luna entre 1969 et 1973. En revanche, la technique est tributaire de la météorologie et de la nécessité d'un personnel spécialisé pour la mettre en œuvre au sol. La situation est un peu opposée à celle des techniques radio-électriques sitées plus haut, qui sont de type tous temps, très faciles d'utilisation sur le terrain et dont le coût très important est essentiellement dans la technologie embarquée à bord du ou des satellites. L'apport des données de télémétrie laser acquises ces dernières années sur les satellites Starlette, Stella, Ajisai, LAGEOS et LAGEOS-2 a été essentiel dans l'amélioration du modèle de champ de gravité de la Terre à grandes longueurs d'onde. Or, la connaissance du champ et de ses variations temporelles est fondamentale pour l'orbitographie et, en conséquence, pour le positionnement et l'océanographie spatiale.

Dans ce contexte, la décision de la prolongation de la mission T/P au delà de 1995 a été d'un rôle moteur très puissant dans l'évolution des techniques spatiales de la géodésie. Rappelons que le défi majeur de ce genre de mission est de représenter la cartographie centimétrique des courants océaniques superposée à la forme du géoïde, et de déterminer la variation à long terme du niveau moyen des océans (Barlier et al., 1996). Au cours du temps, si toutes les techniques ont progressé dans leur précision, elles se sont aussi spécialisées dans leur rôle et leur utilisation pour la géodésie, la géophysique et l'océanographie. La télémétrie laser n'apparaît pas comme étant nécessairement la technique la plus précise avec la meilleure résolution temporelle. Elle apparaît en revanche comme la plus exacte sur le long terme, ce qui lui confère une place unique pour l'observation des phénomènes lentement variables (par ex. le rebond post-glaciaire, ...) et la réalisation d'un système de référence terrestre stable à très grandes mailles (plusieurs milliers de km). En fournissant un facteur d'échelle absolu et de plus en plus stable, d'une part à l'orbitographie et d'autre part à l'étonnage des altimètres radar T/P et ERS, la télémétrie laser a occupé une place tout à fait indispensable et complémentaire des autres techniques.

La communauté française a largement participé à ces activités en développant des méthodes d'analyses puisantes, en obtenant des résultats reconnus et utilisés pour des interprétations en Sciences de la Terre, en apportant une technologie, et enfin en ayant le souci de renforcer la coopération européenne et internationale dans le secteur de la géodésie par une présence accrue dans plusieurs campagnes et services internationaux.

## 2. DYNAMIQUE ORBITALE

Les progrès réalisés dans la précision et l'exactitude des techniques spatiales ont encouragé le développement de nouvelles solutions du champ de gravité de la Terre. Le modèle GRIM4, qui est issu d'une longue coopération entre le Groupe de Recherche de Géodésie Spatiale (GRGS, Grasse, Paris, Toulouse) et le GeoForschung-Zentrum (GFZ, Potsdam), est fondé sur l'analyse d'une constellation de 36 satellites, dont les satellites équipés du système DORIS ainsi qu'environ 20 cibles laser. Ces dernières ont une unique et large répartition en inclinaison et altitude, avec des durées de vie très importantes. Ceci, allié à de longues séries temporelles d'observations centimétriques laser disponibles depuis 10-15 ans, a permis une amélioration sensible des grandes longueurs d'onde du géoïde ainsi que des termes de marées océaniques (Schwintzer et al., 1997). Les simulations montrent en effet que l'information de distance apportée par le laser contribue mieux à la connaissance des grandes longueurs d'onde du champ (> 1 000 km, et donc < deg. 40) que l'information de vitesse apportée par le Doppler.

Les tentatives pour accéder à des longueurs d'ondes plus courtes du champ de gravité sont entravées par la faiblesse du réseau laser vis-à-vis des trajectoires d'altitude basse (par ex. GFZ-1 à 450 km, dont la couverture par la télémétrie n'atteind que quelques pourcents), et par la méconnaissance du freinage atmosphérique. Aussi dans ce dernier domaine, des travaux ont été menés pour améliorer la modélisation de la densité, notamment pendant les périodes de forte activité solaire (Berger et al., 1997). Enfin, une tentative a été réalisée afin d'adapter, voire spécialiser, la modélisation de la densité atmosphérique totale à la détermination précise d'orbite des satellites laser, comme Starlette, Stella et GFZ-1, et DORIS comme SPOT-2 (Bruinsma et al., 1999). Mais, les progrès réalisés dans ce domaine restent modestes compte tenu du caractère non-stationnaire de la haute atmosphère terrestre et des hypothèses sur lesquelles sont fondés les modèles actuels. En revanche, les futures missions CHAMP (à 470 km, lancement en 1999) et GRACE (à 450 km, lancement prévu en 2000/1), en délivrant des mesures accélérométriques avec un positionnement par GPS et par laser, apporteront une connaissance du champ de gravité qui sera améliorée d'un facteur 10 vers 1 000 km de longueur d'onde. La qualité des hauteurs du géoïde devrait ainsi passer de 40 à 10 cm en moyenne sur le globe (Woodworth et al., 1998). La préparation de cette mission alliée à celle de la mission d'océanographie de nouvelle génération Jason-1 a suscité d'importants travaux dans la communauté. Le Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) sera par exemple centre de prétraitement opérationnel pour les deux orbites, CHAMP et Jason-1, et il s'occupera en collaboration avec le Centre d'Etudes et de Recherche en Géodynamique et Astronomie (CERGA, Grasse) de la calibration de l'accéléromètre et de celle de
l'altimètre. La contribution scientifique des équipes du GRGS (CNES, CERGA, Institut Géographique National (IGN) et Service Hydrographique et Océanographique de la Marine (SHOM)) et du GFZ allemand porte aussi sur l'adoption et la proposition de nouveaux standards géodésiques, sur le calcul d'un repère de référence terrestre international DORIS/laser, et sur l'élaboration d'un nouveau modèle de champ de gravité GRIM5 (Schwintzer et al., 1998).

Grâce au succès de DORIS et dans l'objectif de développer un système de détermination d'orbite embarqué sur satellite, le CNES a mis au point le nouveau logiciel DIODE (Jayles et al., 1998). Celui-ci est en mesure d'estimer en temps réel et à bord la position et la vitesse du satellite. Cette nouvelle technique utilise la spécificité du système DORIS qui, en tant que système ascendant, effectue les mesures à bord du satellite et non au sol par les stations d'un réseau de poursuite. Dans le cas du système américain GPS, pour effectuer cette détermination d'orbite en temps réel, il faudrait coupler les stations du réseau de poursuite avec des moyens de télécommunications afin de centraliser la totalité des mesures vers un centre de calculs. Le système DIODE a été embarqué pour la première fois sur le satellite SPOT-4, sous forme d'un prototype, et a déjà fait preuve de ses excellentes performances et de son opérationalité quasi-parfaite. Il serait donc bien adapté pour la navigation des constellations de satellites de télécommunication de type SkyBridge.

Dans le domaine de la géodynamique, l'étude du mouvement de LAGEOS observé depuis plus de 20 ans en continue par la télémétrie laser a pris une place considérable. Aussi, parallèlement à l'amélioration des modèles gravitationnels statiques et maréals, des travaux ont été réalisés pour améliorer la modélisation des forces non-gravitationnelles qui agissent sur ce satellite, en particulier celles liées à la ré-émission thermique qui s'exercent le long de son axe de rotation (Métris et al., 1997). En outre, un modèle empirique de l'évolution de l'orientation cet axe a été construit en accord avec les rares observations directes du vecteur rotation dont on dispose actuellement (Métris et al., 1998). L'analyse d'orbite à long terme a cependant progressé, malgré la corrélation des forces non-gravitationnelles résiduelles avec les variations recherchées sur les degrés impairs du champ de gravité, grâce à l'utilisation de plusieurs mouvements orbitaux situés à des inclinaisons et altitudes différentes ; voir les travaux de Cheng et al. (1997) aux Etats-Unis. En France, se sont poursuivis les travaux sur la détermination des variations temporelles du champ, séculaires et à très longues périodes, par analyses des trajectoires de satellites géodésiques laser sur de longues périodes de temps (15 ans et plus). Ceci a par exemple permis de séparer correctement aujourd'hui l'amplitude de la marée océanique à 18.6 ans, qui est estimée à $1.65 \pm 0.15$ cm, du rebond post-glaciaire estimé à $-2.71 \pm 0.2 \times 10^{-11}$ par an (Exertier et al., 1995 ; Cazenave et al., 1996 ; Bruinsma

and Exertier, 1997). En outre, le développement de nouvelles méthodes a joué un rôle important, en apportant une source d'analyse indépendante et complémentaire des méthodes classiques utilisées aux Etats-Unis (Schutz, 1996 ; Métris and Exertier, 1995 ; Rozanes, 1997). Ainsi la méthode de centrage, ou méthode d'analyse des mouvements orbitaux moyens, a permis et permettra des applications aussi bien en géodynamique qu'en analyse de missions sur des périodes de temps très longues de l'ordre de 20 ans et plus (Exertier et al., 1996).

Toutes ces avancées sur la détermination du champ de gravité et la modélisation d'orbite, qui sont utilisées en bonne partie pour la détermination d'orbite des satellites océanographiques, sont vérifiables à travers la réduction des écart-types des résidus d'orbite DORIS et laser. Ainsi pour les orbites de T/P dites de seconde génération, l'erreur radiale est passée à 28 mm après seulement trois ans de mission, chiffre qui a été confirmé par l'utilisation d'observations de télémétrie laser effectuées à très haute élévation sur ce satellite (Tapley et al., 1996), et par des comparaisons avec GPS (Berthias et al., 1997). Actuellement avec les modèles les plus récents, l'erreur d'orbite de T/P est ramenée à environ 20-22 mm, dont 15 mm dus à la gravité (Lemoine et al., 1998 ; Schwintzer et al., 1998). Dans ce contexte, les méthodes géométriques de détermination d'orbite des satellites altimétriques ont joué un rôle de plus en plus important, en apportant une validation des calculs d'orbite opérationnels, qui est externe par rapport au modèle de champ de gravité. La télémétrie laser, en tant que système de poursuite, ne couvre certes pas aussi bien les trajectoires que le système GPS (Marshall et al., 1995). Mais sur des zones denses comme les Etats-Unis ou l'Europe, elle permet de contribuer au niveau de moins de 1 cm à la séparation du signal résiduel d'orbite et des signaux géodésiques et géophysiques restant (Bonnefond et al., 1995 ; Bonnefond et al., 1999a). En parallèle aux activités de calibration-validation d'orbites, s'est développée une approche analytique de l'analyse d'erreurs, qui est fondée sur la résolution d'ordre un (linéarisation) des équations du mouvement du satellite (Balmino et al., 1996 ; Exertier and Bonnefond, 1997). Ceci a apporté une information plus complète sur la structure spatiale de l'erreur d'orbite de T/P. Son amplitude (erreur d'orbite géographiquement corrélée) a été estimée à 18-22 mm pour les orbites de 2e génération, quantité qui se retrouve dans les hauteurs de mer déterminées par altimétrie. Ceci est particulièrement vrai pour les expériences d'étalonnage en absolu des altimètres radar, comme celle réalisée en Corse dans le cadre de la mission T/P et pour la préparation de Jason-1 (Bonnefond et al., 1997). Acet égard, la télémétrie laser est la seule technique de mesure de distance capable de s'affranchir de ces problèmes à un niveau centimétrique (Bonnefond et al., 1999a). Dans l'objectif de la mission Jason-1, avec une prévision de l'erreur radiale au niveau de 15 mm, les méthodes d'évaluation de la qualité d'orbite et de sa stabilité au cours du temps, basées sur la télémétrie laser, DORIS et GPS,
conserveront donc une importance majeure pour l'océanographie.

### 3. POSITIONNEMENT

Plusieurs groupes français, au CNES et à l'IGN, se sont intéressés aux performances du système DORIS pour la localisation précise des stations du réseau permanent d'orbitographie. Grâce aux mesures DORIS effectuées sur plusieurs satellites (jusqu'à 3 à l'heure actuelle), il est possible d'obtenir des exactitudes de positionnement de l'ordre de 26-28 mm à partir de plusieurs jours d'observations. Une des limitations actuelles est le faible nombre de satellites DORIS. En observant plus longtemps, il est aussi possible de déterminer les vitesses de déplacement de ces stations, dues au phénomène de tectonique des plaques. Plusieurs contributions majeures ont été publiées sur ce sujet par les équipes françaises (Soudarin et al., 1995 ; Crétaux et al., 1997). Il semble en particulier que DORIS soit un système bien adapté à la détermination des vitesses verticales des stations ce qui a, bien entendu, des implications importantes dans de nombreuses études scientifiques liées à l'élévation du niveau moyen des mers (Soudarin et al., 1998 ; Cazenave et al., 1999). Actuellement les résultats obtenus dépendent bien évidemment de la durée totale des observations prises en compte pour estimer ces vitesses. Pour les stations les mieux observées, il est actuellement possible d'obtenir des vitesses de déplacement issus de DORIS à une exactitude de l'ordre de 5 mm/an (vérifiée par d'autres techniques de mesures indépendantes comme le VLBI, la télémétrie laser sur satellites ou le GPS). De plus, ces calculs de position de stations du réseau peuvent être obtenus de manière plus rapide, sous forme de série temporelle mensuelle, voire hebdomadaires (Willis et al., 1998). De tels essais ont permis de déterminer des variations millimétriques du géocentre (Sillard, 1998), qui sont dus aux variations de masses de l'ensemble Terre-Océan-Atmosphère.

Le système DORIS présente un intérêt important pour le Service International de la Rotation Terrestre (IERS). Ses performances en terme de localisation géodésique des stations ainsi que pour la détermination précise de la rotation terrestre sont compatibles avec celles des autres systèmes actuels déjà situés. Son coût d'installation et de maintenance, le rendent très compétitif avec le GPS. Enfin, l'IGN, en charge de l'installation et de la maintenance des balises du réseau a pris soin de répartir les stations de manière relativement homogène sur le globe tout en essayant de favoriser les colocations avec d'autres systèmes existants de géodésie spatiale. Les travaux sur le système de référence terrestre se trouvent dans le chapitre sur les réseaux géodésiques de ce rapport quadriennal français.

Enfin, DORIS a aussi des applications pour la détermination de certains paramètres de l'atmosphère terrestre : le retard ionosphérique peut être parfaitement

déterminé grâce aux deux fréquences très différentes de ce système. De plus, des études récentes ont montré que le système DORIS, tout comme le système GPS, est capable d'estimer le retard troposhérique lié au pourcentage d'humidité au-dessus de la station, permettant ainsi de nouvelles applications en météorologie ou en climatologie.

Afin de disposer d'un jeu de données test obtenu pour un réseau mondial d'observations, une campagne internationale GLONASS a été initiée en 1998, suite aux recommandations de l'Association Internationale de Géodésie à Rio en 1997. Un Comité d'organisation a été créé (animateur : P. Willis) pour mettre en place les spécifications d'observation ainsi que pour lancer un appel international à participation visant à trouver des centres de données, des stations de poursuite (mixtes, GPS, GLONASS et laser) et des centres d'analyse. Cette campagne, appelée IGEX-98 (International GLONASS Experiment-1998), a débuté le 20 octobre 1998 et durera pour une période supérieure à 6 mois (Willis et al., 1999). Elle met en place plus de soixante récepteurs (dont Grasse, Brest, Vernon, Paris, La Réunion, Libreville installés par des groupes français). Au total, 13 centres d'analyse se sont proposés pour traiter la totalité ou une partie des observations GLONASS (y compris de télémétrie laser) de cette campagne IGEX-98. Les premiers résultats montrent que des orbites précises ont pu être améliorées d'un facteur 10 par rapport aux orbites militaires radiodiffusées, laissant espérer de nombreuses applications géodésiques et géophysiques dans un avenir proche. Cette campagne a été menée en étroite collaboration avec le service international IGS (International GPS Service) et pourrait être amenée à se prolonger dans le cadre d'un nouveau service scientifique.

De son côté, la télémétrie laser a beaucoup progressé ces dernières années en France et dans le réseau mondial. Il est apparu en effet que des mesures faites par les stations présentaient souvent des biais pouvant atteindre plusieurs cm, avec une variabilité temporelle du même niveau et d'un spectre complexe. Un point génant vient de ce que ces biais pouvaient être détectés longtemps après la mise en circulation des mesures, rendant l'analyse de leur origine presque impossible à réaliser correctement. Cette réalité a amené les centres d'analyse à effectuer un contrôle de qualité des mesures dans des délais beaucoup plus courts qu'auparavant.

Dans ce contexte, la communauté française a participé d'abord à un renforcement de la coopération européenne pour intercomparer les erreurs d'éphémérides, telles qu'elles peuvent apparaître aux observations ; une effort particulier a été fait en utilisant les satellites d'altitude élevée comme LAGEOS, GPS-35 et -36 qui ont été équipés de réflecteurs laser, et GLONASS. La communauté participe aussi à un service international qui vient d'être mis sur pied, l'International Laser Ranging Service (ILRS), qui s'est inspiré de ce qui se fait avec succès pour le GPS. Ce service rénové de la coopération interna-
tionale en matière de télémétrie laser, s'est fixé comme objectif de définir un certain nombre de programmes prioritaires, d'organiser des campagnes, et d'évaluer presque au jour le jour la qualité des résultats de mesures, voire des produits qui en découlent. En particulier, la publication régulière et comparative des biais instrumentaux à différentes échelles de temps, ou celle de la précision des points normaux (Bonnefond et al., 1999b), crée une compétition permanente invitant les stations à satisfaire de mieux en mieux des critères de qualité et de performance. Il en ressort que la détection des biais peut se faire sans retard au niveau des stations, ce qui contribue plus efficacement à l'amélioration de l'exactitude de la mesure de distance, et surtout à une meilleure stabilité à l'échelle de quelques mois et plus encore à l'échelle de l'année ou au-delà. La tenue régulière de réunions techniques et la publication de leur compte-rendu, en 1996 à Shanghai et en 1998 à Deggendorf (Allemagne), ont contribué à cet effort commun international.

Il résulte de cette nouvelle maîtrise de la technique laser au niveau mondial, une amélioration de la qualité des éphémérides et, peu à peu également, une amélioration de la solution laser du repère de référence terrestre ITRF publié par l'IERS (Boucher et al., 1997). Mais toutes les stations du réseau (environ 40 plus ou moins permanentes) n'ont pas suivi le même rythme dans l'amélioration de leur technologie ; la dispersion des biais laser peut encore atteindre 20-30 mm et plus pour de nombreux instruments en dehors des 12 à 15 meilleurs sites actuels. Ceci a entraîné une hétérogénéité des champs de vitesse des coordonnées des stations laser, en particulier dans la direction verticale, problème qui devient prépondérant dans le transfert d'erreur sur l'orbite des satellites océanographiques, dans la détermination du mouvement du géocentre, et plus généralement dans la contribution du laser à réalisation d'un repère de référence vertical le plus stable possible (Boucher and Carter 1997).

## 4. TÉLÉMÉTRIE LASER

Pour les trois instruments de télémétrie laser installés à Grasse (laser Lune, laser satellites et station ultra mobile), la communauté laser française a eu le souci d'établir des bilans d'erreurs précis en acquérant une connaissance de plus en plus rigoureuse des facteurs technologiques les plus importants limitant la précision et l'exactitude (Samain et al. 1998 ; Torre 1998) : l'étalonnage des biais des stations, la variabilité des temps de réaction des détecteurs, la chronométrie, la variabilité des temps de propagation de la lumière dans la troposphère, etc. Les efforts techniques ont porté en priorité sur l'adoption de nouveaux détecteurs, les photodiodes à avalanche, et, à partir de l'automne 1997, sur la mise en place d'un contrôle électronique de leur temps de réaction en fonction de la puissance du signal de retour (travail en coopération avec les collègues de Graz et de Prague).

En outre, les travaux de recherche sur la mise au point et l'utilisation de la technologie deux couleurs pour l'amélioration de l'exactitude de la mesure de distance ont été poursuivis. Alors que les laser verts (Yag) sont actuellement à une exactitude de 10-15 mm au mieux en tir à tir, limite essentiellement due à l'atmosphère, le laser à deux (ou même plus) couleurs peut permettre d'atteindre 5 mm. Mais la principale difficulté est la nature de la réponse du satellite due à la forme actuelle des réflecteurs qui ne se prête pas bien aux mesures par une caméra à balayage de fente (Gaignebet et al., 1996). Néanmoins, les premiers tirs ont été réalisés avec succès sur une cible terrestre distante de quelques km (Lucchini, 1995).

D'un autre côté, des efforts se sont également portés sur la station laser ultra mobile et sur la réalisation, en 1996-97, de sa première campagne opérationnelle de tirs associée à la calibration de l'altimètre radar T/P (Nicolas et al., 1999 ; Bonnefond et al., 1997). Ceci a permis d'établir le premier bilan relatif à ses performances : une précision de 2 cm, une exactitude de 0.5-1.0 cm, et une stabilité ou dispersion des biais de 4 cm. Les améliorations technologiques prévues sur cette station sont liées à la datation, la chronométrie et à la détection (Pierron et al. 1999).

Enfin, il faut noter aussi la participation active des instruments du CERGA dans la poursuite des satellites laser. L'efficacité du site de Grasse a été augmentée de manière sensible à partir de 1997, grâce à l'utilisation du laser Lune pour l'observation des satellites lointains, avec une présence importante pendant la campagne IGEX-98 d'observations de la constellation GLONASS, et grâce également au renforcement de l'observation des satellites proches par l'instrument laser satellites (T/P, Geosat, ERS, Diadème, GEOS, WESTPAC et GFZ).

Enfin, dans le souci d'augmenter l'efficacité du réseau laser mondial, la communauté française a voulu participer à l'extension du réseau laser dans l'hémisphère sud. Elle a en charge le fonctionnement, à Tahiti, d'une station laser de la NASA(MOBLAS-8) dans le cadre d'une convention CNES-NASA. Par sa situation géographique, Tahiti est un point fondamental unique sur le plan de la géodésie, de l'océanographie et des Sciences de la Terre. Un aspect particulièrement important de ce site est la possibilité d'y associer d'autres techniques de poursuite, tels GPS et DORIS. Or, on sait aujourd'hui toute l'importance des colocations entre les différentes techniques, propres à mieux identifier les systématismes de chacune et donc à améliorer globalement l'exactitude des déterminations. Grasse et Tahiti sont à cet égard des stations fondamentales où se trouvent implantées les différentes techniques actuelles.

## 5. CONCLUSION

Les conséquences, à moyen et long termes, de ces travaux sont et seront importantes dans le rôle et le poids des
équipes, des instruments et des sites français au niveau international. Plusieurs exemples peuvent être signalés. L'amélioration de la précision de l'instrument laser Lune au niveau millimétrique (Samain et al., 1998) et la production importante de données de télémétrie, ces dernières années, ont permis et suscité de nombreux travaux scientifiques sur le mouvement de la Lune, la physique fondamentale et l'astrométrie (Bois et al., 1996; Chapront and Chapront, 1997; Charlot et al., 1995; Damour and Vokrouhlicky, 1996; Mueller et al., 1996). La calibration absolue de l'altimètre radar Jason-1 en 2000 est basée sur la station laser ultra mobile, dont les performances en précision et en stabilité du biais sont en cours d'amélioration actuellement. Le transfert de temps par lien laser - expérience T2L2 (Fridelance et al., 1997), dont les performances prévues pour le transfert entre 2 horloges au sol sont de l'ordre de 30 picosecondes (ps) pour la précision, 60 ps pour l'exactitude, et 1 ps sur 300 sec pour la stabilité. Enfin, la démonstration de la disponibilité (fiabilité et certainement aussi pérennité) du réseau DORIS devrait à l'avenir être porteuse de projets scientifiques reliés à la géophysique, ainsi que d'intéractions nouvelles avec l'industrie du spatial.

## REMERCIEMENTS

Les auteurs voudraient remercier ici MM. Y. Boudon et O. Laurain pour leur contribution à ces études, en particulier dans le cadre de l'analyse d'orbites pour les projets GRIM. Nous remercions également J. Gaignebet, J.F. Mangin, F. Pierron et E. Samain ainsi que les personnels des équipes laser du CERGA pour leur contribution aux campagnes d'observations et pour les nombreux conseils et apports dans la compréhension du bilan d'erreur de la télémétrie.

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## ABSTRACT

The French Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) created an interdisciplinary research group (Groupement de Recherches, GDR) that will foster and coordinate studies of topics in geodynamics topics that are playing a role in the realisation and maintenance of space reference frames.

Understanding the dynamics of natural phenomena implies that abstract metrological conceptions be applied to objects in the universe that are both moving and deforming. The informations and the know-how that are necessary for achieving an optimal trade-off inside this contradicting situation are developed independently in various laboratories. Every one knows one aspect of the problem and tries to elaborate reasonable solutions that are optimized from the viewpoint of his own needs. The need for establishing close cooperation is more often stressed than met. The new GDR, "Astrometry, Geodynamics and Reference Systems (AGRET)" will be devoted to establishing such working interactions.

About twenty institutes and laboratories will be involved. They belong to a variety of administrations: CNRS, Universities, Agencies (CNES, IGN, SHOM, IRD). The AGRET activities will be somewhat parallel to, and coordinated with, the CNES-related GRGS (Groupe de Recherches de Géodésie Spatiale). Particular emphasis will be put on the ground-based activities.

Studies will concentrate on the following three major topics.

**Unification of terrestrial and celestial reference frames, with topics such as the tie of the extragalactic and solar system-based celestial reference frames (Lunar Laser ranging, millisecond pulsars), the time evolution of the tie of the galactic celestial reference frame with the extragalactic one, and the unification of space references derived from satellite geodesy and Very Long Baseline radio Interferometry.**

**Vertical motions and references.** The precise and accurate vertical land motions are key parameters for sea level rise estimations. They are complex products of satellite geodesy analysis. They require the knowledge of global deformations of the Earth under effects such as ocean or atmospheric loading, as well as clear understanding of local effects. Achieving accuracy, time stability and geophysical

reliability of the results requires a close interdisciplinary cooperation.

**Motions of the geocenter.** By the very nature of the physics involved in satellite dynamics, satellite geodesy data analysis gives access to an instantaneous geocenter, while terrestrial frame analysis relies on an origin of axes related to another, less perturbed, location of the geocenter relative to the crust. Considering the high precision of the satellite geodesy results and the availability of models to predict the effects of mass redistributions on the surface of the Earth, this problem offers a unique opportunity to crosscheck global dynamics and reference frame definitions.

In addition to these topics, special attention will be given to the scientific programs that should be supported by mobile instruments such as portable absolute gravimeter and laser ranging station, and to the French participations in the international programs and services related to astrometry, geodynamics and reference systems.

The following text is a description of the general national context in which AGRET will be acting.

## 1. INTRODUCTION

Comprendre la dynamique des phénomènes naturels nécessite l'application pratique de concepts métrologiques à des objets naturels essentiellement mouvants et déformables. C'est l'objectif du nouveau groupement de recherche (GDR) interdisciplinaire que le Centre National de la Recherche Scientifique vient de créer. Ce GDR AGRET (Astrométrie, Géodynamique et Systèmes de Référence) animera et coordonnera certaines recherches autour de la réalisation de systèmes de référence d'espace, en mettant l'accent sur les sujets charnières et les collaborations trans-disciplinaires. Des laboratoires relevant de divers organismes disposent de compétences dans l'étude de la dynamique et des déformations de la Terre et en astronomie fondamentale. Chacun connaît une partie du système selon une approche particulière. Tous sont conscients de la nécessité d'établir des coopérations qui permettront un traitement globalisé des phénomènes. Par contraste avec les collaborations au coup par coup que nous connaissons aujourd'hui, AGRET offrira aux chercheurs l'espace de réflexion pluridisciplinaire qui manquait auparavant.

Le texte qui suit dresse un tableau d'ensemble des activités nationales au sein desquelles AGRET pourra jouer un rôle particulier.
## 2. MÉTROLOGIE DU TEMPS ET DE L'ESPACE

La métrologie du temps construit et transfère les références temporelles nécessaires à l'investigation de la structure globale de l'Univers ; son unité de travail actuelle est la nanoseconde, parfois même la picoseconde. L'astrométrie et la géodésie spatiale relient la direction de quasars extragalactiques, les objets connus les plus lointains, au centre de gravité de la Terre. Elle lie aussi entre eux les référentiels associés aux quasars, à la Galaxie, au système solaire et à la Terre, avec une précision pouvant atteindre mieux que le centimètre à la surface de la Terre. La géodynamique modélise à la fois l'ensemble et chacun des constituants de la planète, pour la compréhension de mouvements dont les durées caractéristiques s'étendent de quelques minutes au million d'années.

Dans cette ambitieuse entreprise de métrologie globale de l'Univers, les maillons faibles se trouvent bien souvent à la jonction entre espaces matériels, conceptuels ou disciplinaires. Un objectif majeur du GDR proposé est d'encourager les études portant sur ces points de jonction, et les passerelles entre disciplines qu'elles nécessitent. Priorité devrait être donnée au caractère innovant des recherches proposées.

Le GDR couvre un domaine qui est insuffisamment exploité malgré l'existence des compétences nécessaires. Il possède en outre de nombreuses zones frontières avec les autres Sciences de l'Univers :

* au CNRS/SDU :

- l'astrométrie pour l'astrodynamique et l'astrophysique,

- la géophysique interne,

- la géophysique de surface,

- l'océanographie,

- l'étude dynamique de l'atmosphère.

* à l'extérieur du CNRS, des organismes avec lesquels le programme du GDR devra être coordonné :

- les programmes spatiaux impliquant la géodésie spatiale : CNES, GRGS,

- la géodésie terrestre : IGN,

- la géodésie et l'hydrographie : SHOM,

- l'océanographie et la géophysique : IRD (ex. ORS-TOM),

- la météorologie : Météo France.

Les grandes lignes des travaux sur les référentiels de temps et d'espace se situent dans un cadre international dans lequel la France tient une place souvent importante.

## 3. RÉFÉRENTIELS TEMPORELS

Le thème références de temps est clairement pluridisciplinaire à travers les sources de fréquence, les comparaisons de temps et les applications. Parmi les nombreuses disciplines impliquées, on peut citer la physique atomique et moléculaire, les mathématiques appliquées, la géodésie, l'astronomie fondamentale, les études atmosphériques.

* Transfert de temps par techniques spatiales

Le progrès continu de la stabilité des étalons impose la conception et le développement de méthodes de comparaison à distance permettant de transporter cette stabilité à des milliers de kilomètres. Le développement de nouvelles méthodes de transfert de temps est un sujet de recherche permanent. On peut citer actuellement le Transfert de Temps par Lien Laser (T2L2) : tirs lasers à partir de deux stations terrestres sur un récepteur embarqué. La réalisation de l'expérience, qui fait appel à la géodésie spatiale, implique aussi une physique très fine. D'autres méthodes (deux voies, GPS phase) sont aussi en cours d'étude.

* Service d'observation : stations horaires

Les trois services horaires liés au départeemnt Sciences de l'Univers du CNRS (SDU) (BNM-OP/LPTF, OSU Besançon, OCA/CERGA) participent à l'élaboration de UTC. Ils mettent cette échelle de temps à disposition des utilisateurs par les moyens appropriés au niveau de précision des expériences. L'impératif de pérennité de l'échelle de temps entraîne la nécessité d'un équipement horaire de qualité (Césiums, Masers à hydrogène) et redondant. Certaines expériences en Sciences de la Terre peuvent nécessiter la mise en œuvre spéciale de bases de temps ultrastables.

## 4. RÉFÉRENTIELS CÉLESTES : AMÉLIORATION ET LIAISONS

Le référentiel primaire extragalactique est la meilleure réalisation possible actuellement d'un système de référence quasi-inertiel. N'étant accessible pratiquement que dans le domaine des longueurs d'onde radio par la méthode de radio interférométrie à très longue base (VLBI), il est nécessaire de lui rattacher les autres référentiels célestes naturellement associés aux expériences et qui font appel aux étoiles et aux corps du système solaire.

* Rattachement du repère dynamique lié au système solaire et son évolution temporelle éventuelle

Deux méthodes sont à notre portée :

- le laser Lune : l'analyse des observations décrit la rotation de la Terre dans le référentiel dynamique du système solaire, tandis que le VLBI la décrit relativement au référentiel extragalactique. Les référentiels terrestres
laser Lune et VLBI étant tous deux rattachés au référentiel terrestre international, le rattachement des référentiels célestes est obtenu par différence ;

- chronométrage et VLBI différentiel de pulsars milisecondes : principe analogue, l'astre de transfert n'étant plus la Terre, mais le pulsar, dont le chronométrage donne le mouvement dans le référentiel dynamique du système solaire et le VLBI différentiel le mouvement relativement au référentiel extragalactique.

* Rattachement du repère galactique et son évolution temporelle éventuelle

Un exemple : séries temporelles de poses Schmidt / CCD sur des champs comportant à la fois des étoiles Hipparcos et des objets extragalactiques de l'ICRF afin de contraindre avec une plus grande précision la non-rotation du référentiel Hipparcos avec le temps.

* Entretien et amélioration du référentiel céleste international (ICRF)

Dans le cadre de l'IERS et de l'IVS (observatoire de Paris et de Bordeaux, en coopération avec NASA, USNO, ...), responsabilité de la surveillance et de la maintenance à long terme du référentiel extragalactique qui matérialise le Système de référence céleste international (ICRS) recommandé par l'UAI. Nécessite l'observation répétée de plusieurs centaines de radiosources compactes extragalactiques (programme VLBI international) et la surveillance régulière de la stabilité de leur structure géométrique (écarts à la compacité) et, partant, de leurs coordonnées effectives.

* Participation française à JIVE (Joint Institute for VLBI in Europe)

JIVE achève actuellement la construction de l'un des trois ou quatre corrélateurs VLBI Mark IV existants dans le monde ; le modèle astrométrique intégré est Gloria (Observatoire de Paris).

## 5. DYNAMIQUE DE LA ROTATION ET STRUCTURE DE LA TERRE

Le suivi de l'orientation de la Terre fournit la liaison permanente entre les référentiels céleste et terrestre ; il permet aussi d'établir des séries temporelles de mesures longues et denses dont l'interprétation contribue à la compréhension d'un certain nombre de phénomènes dynamiques globaux. En effet, les irrégularités de la rotation terrestre portent la signature d'un grand nombre d'influences dynamiques ou statiques des couches qui constituent la planète, ce qui fait de ce sujet un terrain privilégié d'études trans-disciplinaires. La très grande précision, la haute résolution temporelle et la stabilité à long terme des mesures permanentes (VLBI, GPS, SLR, programme international) de la durée du jour et des mouvements de l'axe de rotation dans la Terre et dans l'espace ouvrent un

champ important de recherche pour la modélisation correspondante de la planète. Les techniques de géodésie satellitaire utilisées en mesure permanente pour la rotation de la Terre (GPS, SLR, DORIS) détectent et suivent les mouvements du centre de gravité de la Terre (géocentre), de l'ordre du centimètre, qui sont dus aux déplacements réguliers ou irréguliers des masses fluides en surface.

* Sujets de recherche :

- Mouvements du géocentre : modélisation et observations, systèmes de référence. Dans un repère lié au centre de masse de la Terre, le coefficient de degré 1 du géopotentiel doit être nul. La détection, par des techniques de géodésie satellitaire, du mouvement du géocentre pose le problème de la relation entre les différents systèmes de référence et en particulier entre les repères des observations et celui lié au centre de masse de la Terre utilisé par les géophysiciens. Comment le calcul théorique des déformations élastiques ou visqueuses de degré 1, à partir de la mécanique des milieux continus, peut-il être relié aux observations ?

- Mouvement du pôle : on ne parvient pas encore à prédire en détail et exactement l'influence des déplacements de masses atmosphériques, océaniques et autres eaux continentales.

- Circulation dans le noyau et rotation de la Terre. À partir de la variation séculaire du champ magnétique terrestre, on peut calculer un champ de la vitesse à l'interface noyau-manteau. L'étude des différents couplages entre le noyau et le manteau permet de quantifier l'influence de la dynamique du noyau sur la rotation de la Terre, sur des échelles de temps décennales. Alors qu'il semble difficile d'expliquer les variations décennales du mouvement du pôle par la dynamique du noyau, celles de la longueur du jour semblent, elles, trouver leur origine dans le noyau. Des phénomènes plus rapides tels que les jerks magnétiques, peuvent également perturber, à plus courtes échelles de temps, la rotation de la Terre mais ils interviennent sur des échelles temporelles comparables aux excitations atmosphériques. De nouveau, il s'agit là d'un sujet de recherche à la frontière entre deux commutateurs travaillant sur les couplages aux interfaces solidefluide de la Terre.

* Suivi permanent de la rotation terrestre

Dans le cadre de l'IERS. Observations LLR, SLR au CERGA. À l'Observatoire de Paris, responsabilité de l'élaboration et de la diffusion de la série des paramètres de la rotation de la Terre. Analyses finales des mesures permanentes par VLBI, GPS et SLR, nécessitant le mélange optimal de séries temporelles dont les caractéristiques sont inhomogènes et évolutives. Charges à la fois opérationnelles et à long terme. Nombreuses coopérations internationales.
## 6. RÉFÉRENTIELS TERRESTRES ET DÉFORMATIONS DE LA TERRE

La détermination de la structure interne du globe et l'étude de sa dynamique doivent s'appuyer sur deux types d'informations :

- la mesure des mouvements de points à la surface terrestre, par des méthodes géométriques et/ou semi-dynamiques, et par des mesures de pesanteur locale pour des mouvements verticaux,

- la mesure du champ de pesanteur ou du potentiel de pesanteur à la surface terrestre ou à l'extérieur du globe dont les variations donnent accès aux mouvements de masses responsables des déformations.

Les processus géodynamiques sont caractérisés par une très grande variabilité des échelles spatiales, de l'intrusion magmatique à la convection mantellique, et temporelles, de quelques minutes (séismes) au million d'années (convection). Les services d'observation et les recherches décrits ci-après concernent les échelles spatiales globale et régionale.

### • Déformations lithosphériques et crustales

Il s'agit de la caractérisation fine des déplacements des plaques lithosphériques et de leurs déformations, de premier ordre sur les limites des plaques et de deuxième ordre en domaine intraplaque. Cet objectif est fondamental pour la géodynamique globale ; il est également indispensable pour les déterminations des coordonnées des stations de références et de leur vitesse de déplacement. Les études à une échelle plus locale (exemple le réseau Alpes) permettent également d'étudier les déformations liées à la tectonique active, aux mouvements verticaux lents et au cycle sismique.

### • Mouvements verticaux

La caractérisation des mouvements verticaux est plus difficile que celle des mouvements horizontaux qui sont d'un ou plusieurs ordres de grandeur supérieurs. Or, la connaissance des mouvements verticaux est fondamentale. Il s'agit là d'un exemple typique de problème "frontière" qui nécessite l'établissement de références verticales à différentes échelles et la mise en commun du savoir-faire des deux communautés partie prenante dans AGRET.

Rappelons que cette caractérisation passe par des études à différentes échelles spatiales. En effet, la connaissance de la composante verticale des déformations globales de la Terre, par exemple celle induite par les surcharges atmosphériques globales, en complément de la connaissance des déformations locales, est fondamentale pour la détermination précise des mouvements verticaux.

Parmi les questions scientifiques où la connaissance des mouvements verticaux vient en amont, on peut citer la caractérisation des variations actuelles du niveau de la

mer qui nécessite un ensemble de mesures complémentaires allant de la marégraphie à la géodésie spatiale en passant par la gravimétrie absolue.

Plusieurs sujets de recherche peuvent être abordés pour ce thème, par exemple :

- le développement de modèles de marée océanique en relation avec la surcharge pour contraindre les réponses locales des sites des stations de mesures et d'étalonnage,

- le développement de modèles de corrections troposphériques et ionosphériques en relation avec les différents systèmes de poursuite et de positionnement satellitaire.

Par ailleurs, la détermination des géoïdes locaux à haute résolution est indispensable pour les études sur les références verticales et le niveau de la mer. Ils constituent de plus un outil à l'usage d'autres domaines pour le positionnement altimétrique précis par techniques spatiales. L'effort de recherche doit porter sur l'amélioration de la modélisation et des techniques de calcul, sur l'intégration des différents types de données et, au plan national, sur la qualité des données, en particulier gravimétriques.

### • Redistribution des masses

Les études des variations temporelles du champ de pesanteur, couplées à la géodésie, permettent de mettre en évidence les redistributions de masse dans les zones actives tels que les édifices volcaniques. Une application attendue concerne la prévention des risques. Un autre objectif concerne la caractérisation des mouvements des masses fluides qui apporte des contraintes sur les flux de transport des fluides (aquifères, évapo-transpiration...). Des projets satellitaires, tels que GRACE, ont pour ambition de permettre la mesure des variations temporelles du champ de pesanteur à grande échelle spatiale. Des études sol, permettraient d'accéder aux échelles spatiales inférieures qui viendraient compléter celle fournie par les moyens satellitaires.

### • Météorologie et radiométrie

Les réseaux GPS géodésiques permettent de mesurer de façon continue le contenu atmosphérique en vapeur d'eau intégrée. Ces mesures peuvent être utilisées pour des études météorologiques telles que l'effet de serre, les variations climatiques ou les prévisions.

### • Applications de la géodynamique à la maintenance du référentiel terrestre

- maintenance à long terme d'un référentiel attaché à l'ensemble des plaques tectoniques ;

- densification sans perte d'exactitude à partir de campagnes locales ou régionales ;

- intégration des campagnes destinées à l'étude des déformations.
• Entretien et extension du référentiel terrestre international (ITRF)

Dans le cadre de l'IERS (au LAREG, Laboratoire de Recherche de Géodésie de l'IGN), responsabilité de la surveillance et de la maintenance à long terme du référentiel qui matérialise le Système de référence terrestre international (ITRS) recommandé par l'UGGI. Nécessite l'unification de l'analyse globale des programmes permanents d'observation des quatre techniques majeures de géodésie spatiale : VLBI, GPS, SLR, DORIS. Nombreuses coopérations internationales.

• Bureau Gravimétrique International (BGI)

Les attributions du BGI (à l'OMP, activité soutenue aussi par le CNES, l'IGN, BRGM) consistent à collecter globalement toutes les données existantes de pesanteur et les informations disponibles sur le champ de gravité terrestre, à les compiler, à les archiver et à les redistribuer à une large communauté d'utilisateurs à des fins scientifiques. Le BGI dispose aussi de grilles de valeurs du géoïde déduites de l'altimétrie satellitaire, de modèles globaux du géopotentiel et de valeurs moyennes de la topographie.

• Participation à des réseaux et programmes mondiaux

- réseau gravimétrique mondial (IAGBN), avec notamment des stations dans l'hémisphère sud.

- GGP (Global Geodynamics Project), avec le gravimètre supraconducteur de Strasbourg.

• Établissement de réseaux de répétition

AGRET sera partie prenante dans l'établissement et/ou la maintenance de certains réseaux, tels que les réseaux gravimétriques de précision en colocation avec les réseaux de nivellement précis, de géodésie spatiale (GPS), de marégraphes...

• Observatoire géodésique et géodynamique hors métropole

De nombreux problèmes scientifiques traités grâce à l'analyse de paramètres mesurés dans les stations des réseaux existants nécessitent une répartition homogène des stations de mesure sur le globe terrestre. La France, par ses DOM-TOM et Terres Australes, peut contribuer de manière significative à l'acquisition de données dans l'hémisphère sud caractérisé par un nombre de stations d'observation beaucoup plus petit que l'hémisphère nord. C'est par exemple le cas pour le Pacifique Sud avec Tahiti. L'observatoire géodésique et géophysique situé sur le campus de l'Université Française du Pacifique (UFP), comporte des stations d'observation utilisant les techniques principales de géodésie satellitaire, DORIS, SLR, GPS, PRARE, et un marégraphe en cours de rattachement. Un observatoire magnétique (Pamatai) fonctionne également à Tahiti. Compléter l'équipement de

l'Observatoire de Tahiti par un gravimètre et une station VLBI en ferait un site géodynamique global de première importance au niveau mondial.

• Autres outils :

DORIS ; parc de récepteurs GPS géodésiques ; SAR ; gravimètre absolu portable ; parc de gravimètres relatifs ; station laser mobile ; participation française à JIVE.

## 7. MATHÉMATIQUES ET APPLICATIONS

Une grande partie des travaux actuels restent souvent centrés sur l'usage de méthodes mathématiques conventionnelles, alors que les outils développés en mathématiques appliquées ont énormément évolué depuis une dizaine d'années. Les outils d'analyse en fonctionnement sont extrêmement élaborés car ils doivent modéliser un grand nombre d'effets naturels pour parvenir à rendre compte de la précision des mesures. Ils représentent parfois le résultat de dix ou vingt ans de développement progressif. Tout en reconnaissant l'effort permanent de qualité de ces développements, il est sain de procéder à un état des lieux sur la pertinence des outils mathématiques et des méthodes numériques utilisés et éventuellement de préparer l'implantation de nouveaux algorithmes.

• Expérimentation de méthodes mathématiques
Exemples :

- méthodes robustes d'estimation et de résolution numérique des problèmes inverses de grande taille,

- méthodes d'analyse non linéaire et applications,

- modélisation de séries temporelle, par exemple analyse des irrégularités de la rotation terrestre comme processus déterministe non linéaire.

## 8. L'ENVIRONNEMENT SCIENTIFIQUE ET OPÉRATIONNEL

Les Sciences de l'Univers intéressant AGRET nécessitent la mise en œuvre et l'exploitation systématique d'une grande variété de moyens d'observations, en coordination avec différents organismes (BNM, CNRS, Universités, CNES, SHOM, IRD, Météo-France, etc.). Les observations et les recherches sont pour une part coordonnées et pour une part indépendantes les unes des autres. Nous résumons ci-après le rôle de divers organismes.

## 9. MINISTÈRE DE L'ÉDUCATION NATIONALE, DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR, DE LA RECHERCHE ET DE LA TECHNOLOGIE

La majorité des laboratoires participant aux recherches dans le domaine intéressant AGRET relèvent du Ministère de l'Éducation Nationale, de l'Enseignement Supérieur, de la Recherche et de la Technologie (MENESRT), à travers
des Observatoires des Sciences de l'Univers (OSU), des Observatoires, Instituts de Physique du Globe et Universités.

L'Institut National des Sciences de l'Univers (INSU), institut de programmes et de moyens relevant du CNRS, est chargé de définir et de coordonner la politique des moyens d'observation au sein du dispositif de recherche du CNRS et des OSU pour l'astronomie et les sciences de la planète (Terre solide, Océan, Atmosphère, Biosphère). À ce titre l'INSU assure la coordination des différents services avec l'ensemble des autres organismes nationaux. Nous reprenons ci-dessous les éléments d'un document sur les services d'observations émanant du conseil scientifique de l'INSU (juin 1997) et du document "Moyens Nationaux" du colloque de prospective INSU / Astronomie de mars 1998.

### • Services d'observation

#### Métrologie de l'espace et du temps

Le but de ce service est l'établissement d'un repère spatio-temporel. Cette tâche traditionnelle de l'astronomie relève d'activités contractuelles vis-à-vis de l'État (cas du LPTF et de l'IMCCE), et des Unions Internationales - Géodésique et Géophysique, et Astronomique (cas de l'IERS), qui comportent :

- la participation à la définition du temps français, avec le développement de nouvelles horloges et de nouveaux étalons, le transfert de temps et la comparaison d'horloges ;

- la mesure et l'étude de la rotation de la Terre, qui permet l'élaboration et le raccordement de systèmes de référence terrestres et célestes ;

- la publication par le Bureau des Longitudes des données astrométriques et des éphémérides utiles à de nombreux organismes, au public ou aux astronomes eux-mêmes ;

- la mesure précise de positions d'étoiles permettant l'établissement ou la maintenance de référentiels stellaires ;

- la géodésie spatiale : établissement d'un système de référence vertical, suivi permanent du niveau des mers, gravimétrie.

Laboratoires responsables : Observatoires de Paris, Besançon, de la Côte d'Azur, de Bordeaux, Midi-Pyrénées, Bureau des Longitudes. Organismes associés : BNM, IGN, CNES.

#### Joint Institute for VLBI in Europe (JIVE)

L'INSU contribue au fonctionnement de ce centre ce qui assure à la communauté VLBI française (une vingtaine de chercheurs répartis dans cinq établissements) l'accès à des moyens de traitement pour ses programmes, souvent originaux.

#### Bureau Gravimétrique International (BGI)

Organismes responsables : essentiellement le CNES et l'IGN, avec également une contribution de l'INSU et du BRGM

• Moyen national Temps/Fréquence : coordination des activités temps/fréquence relevant de l'INSU.

#### Communautés scientifiques concernées :

- SDU : Observatoires de Paris, Besançon et de la Côte d'Azur,

- SPI : LHA (laboratoire de l'Horloge Atomique), LPMO : (Laboratoire de Physique et de Métrologie des Oscillateurs)

- SPM : LKB (Laboratoire Kastler Brossel), P2IM (Laboratoire de Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires), LPL (Laboratoire de Physique des Lasers),

- BIPM : Bureau International des Poids et Mesures,

- Autres partenaires : LCEP, CNES, CNET, ONERA, DGA, Dassault Électronique, Aérospatiale, HP. Financement : BNM, INSU

• Moyen National Laser Lune :

détermination de la distance Terre-Lune par télémétrie laser au plateau du Calern, avec une précision meilleure que le centimètre.

Objectifs scientifiques : Tests de la relativité générale: tests du principe d'équivalence (fort et faible), détermination de paramètres post-newtoniens; systèmes de référence, raccordement du système dynamique au système ICRF; sélénodésie.

Communautés scientifiques concernées : SPM (gravitation expérimentale), SDU (référentiels).

Établissements responsables (observation et analyses) : Observatoires de la Côte d'Azur et de Paris.

### • GDR Interférométrie radar à ouverture synthétique (INSAR)

La mission du GDR est de fédérer une communauté française pour le développement et l'application de l'interférométrie radar à ouverture synthétique (SAR) ; renforcer la position de leader dans ce domaine que possèdent actuellement les équipes françaises ; constituer un carrefour d'échange pour des outils de calcul, des approches d'interprétation et de comparaisons des
méthodes de calculs ainsi que de confrontation des résultats avec des modèles théoriques et les observations de terrain ; créer un lieu de débats scientifiques sur les objectifs et les applications géophysiques à traiter prioritairement ; devenir un interlocuteur de plus grand poids pour les partenaires comme l'ESA et le CNES.

## 10. GROUPE DE RECHERCHE DE GÉODÉSIE SPATIALE (GRGS)

Le GRGS coordonne un certain nombre de recherches et d'observations liées aux programmes du CNES. Son Comité Directeur est constitué d'une représentation des "organismes fondateurs" et d'autres qui s'y sont joints : BDL, CNES, OP, IGN, INSU, OCA, SHOM, OMP. Ces organismes assurent le soutien de leurs équipes membres du GRGS, le CNES étant le seul à financer les recherches du GRGS en tant que tel.

Les expériences soutenues financièrement par le CNES via le GRGS sont énumérées ci-après. Une partie des expériences est effectuée en partenariat avec le SHOM, l'IGN, l'OP, etc.

* Télémétrie laser

- Station satellite du Calern

- Station ultramobile

* Mécanique orbitale et détermination du champ de pesanteur

- Mécanique spatiale

- Champ de gravité : réalisations, modèles et projets

- Gravimétrie et BGI

- Grandes et moyennes longueurs d'onde du géoïde, variations temporelles

* Observation de la Terre, systèmes de référence

- Système de référence IERS (avec OP, IGN)
Références terrestres : théorie et réalisation (avec IGN)

- Localisation DORIS (avec IGN)

- Participation à l'IGS, orbitographie et localisation par GPS (avec IGN)

- Altimétrie et références verticales

* Terre solide et océans

- Altimétrie et géophysique

- Altimétrie et océanographie (avec le SHOM)

- Variations temporelles du champ de gravité

- Applications de la géodésie GPS et INSAR à la technique (avec IGN)

* Planétologie

- forme et physiographie des corps du système solaire

- géologie, minéralogie de surface

- champ de gravité

- rotation

- structure interne

* Physique fondamentale

- Missions spatiales pour le principe d'équivalence

- Métrologie du temps et transfert de temps

- Références relativistes

## 11. INSTITUT GÉOGRAPHIQUE NATIONAL (IGN)

* Géodésie

- Entretien du Réseau Géodésique Français (RGF)

- Maintenance du réseau DORIS

- Participation à des campagnes continentales (SIRGAS, EUVN)

* Nivellement

- Entretien du Réseau Français de Nivellement de Précision (RFNP)

* Laboratoire de Recherche en Géodésie (LAREG)

- Participation à l'IERS : élaboration de l'ITRF

- Participation à l'IGS : suivi des stations françaises, centre global de données

- Projet pilote d'établissement du réseau GPS permanent en France (RGP)

- Niveau des mers : équipement GPS de la station marégraphe de Marseille

## 12. MÉTÉO FRANCE

Projet GPS et météo : étude de l'utilisation des stations GPS géodésiques permanentes pour le suivi du contenu intégré en vapeur d'eau de l'atmosphère. Une coopération entre le CNRM, le LAREG, le LGT, Geosciences AZUR et les organismes de météorologie européens.

## 13. SERVICE HYDROGRAPHIQUE ET OCÉANOGRAPHIQUE DE LA MARINE (SHOM)

Le SHOM est l'organisme officiel en France qui recueille, valide, expertise, archive, coordonne et traite les informations marégraphiques nationales. Il exploite systématiquement les observations issues des observatoires permanents des ports principaux de l'Annuaire des marées et gère un fichier comptant actuellement quelque 500 sites d'observation. Son expérience opérationnelle date de près de 200 ans puisqu'il est l'héritier de l'ancien dépôt des cartes et plans qui mit en œuvre le premier observatoire permanent, à Brest en 1906. Le SHOM n'est en fait responsable que de cinq marégraphes des côtes de France (Cherbourg, Le Conquet, Brest, Port Tudy et Toulon), les autres observatoires permanents étant sous la responsabilité des ports autonomes ou des Services Maritimes. Le SHOM a besoin de ces observations pour diverses raisons :
- évaluer et améliorer la précision des prédictions,

- réduire les sondages hydrographiques,

- mener des études statistiques sur les surcotes-décotes et les niveaux extrêmes,

- assurer des responsabilités auprès de la communauté scientifique nationale et internationale.

Le SHOM participe à des programmes d'océanographie spatiale, avec le CNES, et de rattachement géodésique des marégraphes, avec l'IGN

## 14. RÉSEAUX D'OBSERVATION MONDIAUX

• DORIS : 51 balises ; c'est le réseau de géodésie spatiale ayant la meilleure couverture mondiale. Géré conjointement par le CNES et l'IGN.

• Participation à l'IGS : 3 stations GPS dans l'hémosphère Sud (Kerguelen, Tahiti, Hartebeestok), gérées par le CNES et l'IGN.

• Site fondamental de Tahiti : soutenu par CNES, UFP, ESA, NASA.

• Observatoires géophysiques (IPG, IRD, CEA) : participation à Intermagnet.

• Participation à GGP (EOST), réseau mondial de gravimètres supraconducteurs.

## 15. PROGRAMME DES RECHERCHES

Les travaux d'AGRET s'organiseront autour de trois thèmes majeurs :

- Unification des repères de référence terrestres et célestes. On envisage des sujets de recherche tels que le rattachement du repère dynamique lié au système solaire et son évolution temporelle éventuelle (laser-Lune, pulsar millisecondes), le rattachement du repère galactique et son évolution temporelle éventuelle, l'unification des références terrestres et inertielles obtenues par VLBI et géodésie satellitaire.

- Références et mouvements verticaux. La connaissance de la composante verticale des déformations globales de la Terre, par exemple celle induite par les surcharges atmosphériques globales, en complément de la connaissance des déformations locales, est fondamentale pour la détermination précise de mouvements dont dépend, par exemple, l'estimation des variations du niveau moyen des mers. Il s'agit là d'un exemple typique de problème "frontière" qui nécessite la maîtrise concertée d'un ensemble de connaissances et de savoir-faire, allant de la marégraphie à la géodésie spatiale en passant par la gravimétrie absolue.

- Mouvements du géocentre. Les calculs de géodésie satellitaire donnent accès à une origine instantanée dont le lien avec le géocentre moyen reste pour l'essentiel à explorer. Des aspects cruiaux pour l'interprétation géophysique des mesures de géodésie spatiale sont l'identification des effets des redistributions des masses, leur modélisation dans un repère clairement indentifié ainsi que l'harmonisation des modèles utilisés pour l'interprétation dynamique des résultats.

En outre, les recherches comporteront une réflexion permanente sur les réseaux nationaux de mesure en métropole et outre-mer, les missions du gravimètre absolu portable, le missions de la station laser mobile, la participation aux réseaux et programmes internationaux.

## GLOSSAIRE

<table><tr><td>BGI</td><td>Bureau Gravimétrique<br>International</td></tr><tr><td>BIPM</td><td>Bureau International des Poids et<br>Mesures</td></tr><tr><td>BNM</td><td>Bureau National de Métrologie</td></tr><tr><td>BRGM</td><td>Bureau de Recherches Géologiques<br>et Minières</td></tr><tr><td>CERGA</td><td>Centre d'Études et de Recherches<br>Géodynamiques et Astronomiques</td></tr><tr><td>CNES</td><td>Centre National d'Études Spatiales</td></tr><tr><td>CNRM</td><td>Centre National de Recherches<br>Météorologiques</td></tr><tr><td>CNRS</td><td>Centre National de la Recherche<br>Scientifique</td></tr><tr><td>DORIS</td><td>Détermination d'Orbite et<br>Radiopositionnement Intégré par<br>Satellite</td></tr><tr><td>EOST</td><td>École et Observatoire des Sciences<br>de la Terre de Strasbourg</td></tr><tr><td>GDR</td><td>Groupement de Recherches</td></tr><tr><td>GGP</td><td>Global Geodynamics Project</td></tr><tr><td>GPS</td><td>Global Positioning System</td></tr><tr><td>GRGS</td><td>Groupe de Recherches de Géodésie<br>Spatiale</td></tr><tr><td>IAGBN</td><td>International Absolute Gravity<br>Base-station Network</td></tr><tr><td>IERS</td><td>International Earth Rotation<br>Service</td></tr><tr><td>ICRF</td><td>International Celestial Reference<br>Frame</td></tr><tr><td>ICRS</td><td>International Celestial Reference<br>System</td></tr><tr><td>IGN</td><td>Institut Géographique National</td></tr><tr><td>IGS</td><td>International GPS Service for<br>Geodynamics</td></tr><tr><td>IMCCE</td><td>Institut de Mécanique Céleste<br>et de Calcul des Éphémerides<br>de l'Observatoire de Paris</td></tr></table>
<table><tr><td>INSU</td><td>Institut National des Sciences de l'Univers</td></tr><tr><td>IPGP</td><td>Institut de Physique du Globe de Paris</td></tr><tr><td>IRD</td><td>Institut français de recherche scientifique pour le développement en coopération (ex ORSTOM)</td></tr><tr><td>ITRF</td><td>International Terrestrial Reference Frame</td></tr><tr><td>ITRF</td><td>International Terrestrial Reference System</td></tr><tr><td>IVS</td><td>International VLBI Service for geodesy and astrometry</td></tr><tr><td>JIVE</td><td>Joint Institute for VLBI in Europe</td></tr><tr><td>LAREG</td><td>Laboratoire de Recherche de Géodésie</td></tr><tr><td>LGT</td><td>Laboratoire de Géophysique et Tectonique, Montpellier</td></tr><tr><td>LHA</td><td>Laboratoire de l'Horloge Atomique</td></tr><tr><td>LKB</td><td>Laboratoire Kastler Brossel</td></tr><tr><td>LPL</td><td>Laboratoire de Physique des Lasers</td></tr><tr><td>LPMO</td><td>Laboratoire de Physique et de Métrologie des Oscillateurs</td></tr><tr><td>LPTF</td><td>Laboratoire Primaire du Temps et des Fréquences</td></tr><tr><td>OCA</td><td>Observatoire de la Côte d'Azur</td></tr><tr><td>OMP</td><td>Observatoire Midi-Pyrénées</td></tr><tr><td>OP</td><td>Observatoire de Paris</td></tr><tr><td>ORSTOM</td><td>voir IRD</td></tr><tr><td>OSU</td><td>Observatoire des Sciences de l'Univers</td></tr><tr><td>P2IM</td><td>Laboratoire de Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires</td></tr><tr><td>PNIT</td><td>Programme National Intérieur de la Terre</td></tr><tr><td>PNRN</td><td>Programme National "Risques Naturels"</td></tr><tr><td>RFNP</td><td>Réseau de Nivellement Français de Précision</td></tr><tr><td>RGF</td><td>Réseau Géodésique Français</td></tr><tr><td>RGP</td><td>Réseau GPS Permanent français</td></tr><tr><td>SAR</td><td>Synthesis Aperture Radar</td></tr><tr><td>SDU</td><td>CNRS/Département Sciences de l'Univers</td></tr><tr><td>SHOM</td><td>Service Hydrographique et Océanographique de la Marine</td></tr><tr><td>SLR</td><td>Satellite Laser Ranging</td></tr><tr><td>SPI</td><td>CNRS/Département Sciences Physiques pour l'Ingénieur</td></tr><tr><td>SPM</td><td>CNRS/Département Sciences Physiques et Mathématiques</td></tr><tr><td>TA(F)</td><td>Temps Atomique Français</td></tr><tr><td>TAI</td><td>Temps Atomique International</td></tr><tr><td>T2L2</td><td>Transfert de Temps par Lien Laser</td></tr><tr><td>UFP</td><td>Université Française du Pacifique</td></tr></table>

<table><tr><td>USNO</td><td>United States Naval Observatory</td></tr><tr><td>UTC</td><td>Temps Universel Coordonné</td></tr><tr><td>VLBI</td><td>Very Long Baseline radio Interferometry</td></tr></table>
SECTION 2 : SISMOLOGIE ET PHYSIQUE DE L'INTÉRIEUR DE LA TERRE
BRANCHE FRANÇAISE DE L'ASSOCIATION INTERNATIONALE DE SÉISMOLOGIE
ET DE PHYSIQUE DE L'INTÉRIEUR DE LA TERRE
# COMPARAISON DE DEUX SEISMES DESTRUCTEURS EN FRANCE EN 1996 : SAINT-PAUL-DE-FENOUILLET (PYRÉNÉES) ET ÉPAGNY (ALPES)

COMPARISON OF TWO DAMAGING EARTHQUAKES IN FRANCE IN 1996: SAINT-PAUL-DE-FENOUILLET (PYRENEES) AND ÉPAGNY (ALPS)

J. FRÉCHET¹, A. RIGO², A. SOURIAU², F. THOUVENOT¹.

¹Laboratoire de géophysique interne et tectonophysique, Observatoire de Grenoble

²Observatoire Midi-Pyrénées, GRGS-CNRS UMR 5562, Toulouse

## ABSTRACT

In 1996, two damaging earthquakes occurred in France: the Saint-Paul-de-Fenouillet earthquake in the Pyrenees, on February 18 ($M_L$ = 5.2), and the Épagny earthquake in the Alps, on July 15 ($M_L$ = 4.9). They are the strongest events since the 1967 Arette earthquake which damaged several villages in western Pyrenees. They are also the first large events occurring since the two mountain belts have been instrumented with permanent seismological networks. This has made possible good hypocentral determinations and focal mechanism computations for the main shocks. Thanks to dense networks of temporary stations set up in the epicentral areas few hours after the main shocks, it has been possible to accurately locate the aftershocks and to interpret them, together with the main shocks, in the frame of the local or regional tectonic contexts.

The Saint-Paul-de-Fenouillet earthquake occurred at 42° 47.8' N, 2° 32.3' E, and 7.7 km depth, inside the Agly massif, a small Hercynian structure located some 8 km north of the North Pyrenean Fault, which is considered as the suture between the Iberian and Eurasian plates (Rigo et al., 1997). The focal mechanism of the main shock is a left-lateral strike-slip on an E-W trending fault. More than 300 aftershocks that occurred during the five days following the main shock have been accurately located (± 1.5 km). Most of them are distributed between 7 and 10 km depth in the vicinity of three known fault segments, suggesting the reactivation of these structures inside the highly fractured Agly massif. The fault-plane solutions of the aftershocks exhibit a great diversity of mechanisms, but they are globally compatible with an E-W subhorizontal extension. The variation of the Coulomb stress failure induced by the main shock explains rather well the distribution of the aftershocks for an 8 cm slip on the two main fault segments and for a regional horizontal compressive stress component oriented approximatively N30°E (Pauchet et al., 1998; Pauchet, 1998).

The Épagny earthquake occurred at 45° 56.3' N, 6° 05.3' E, and 2 km depth, close to the city of Annecy. This shallow depth, and the amplification of the ground response due to the sediments, explain that the damage was much more important than at Saint-Paul-de-Fenouillet, despite a somewhat smaller magnitude. The fault-plane solution of the main

shock reveals a left-lateral strike-slip, with a small normal component, on a plane striking N136°E, dipping at an angle of 70° to the NE. This event occurred on the Vuache Fault, which stretches over 35 km from the Jura mountain to the Subalpine massifs. The temporary network has detected several hundreds of aftershocks during the two weeks following the main shock. Their accurate locations allow us to identify a rupture of the fault involving a very shallow depth range, from 1 to 4.5 km below the surface, and a rupture length of 4.5 km. A detailed analysis reveals that the aftershocks are distributed along two linear swarms, which correspond to two segments shifted 500 to 800 m with respect to each other. The aftershock fault plane solutions are, in general, very similar to that of the main shock (Thouvenot et al., 1998).

The two large 1996 French events have occurred in regions of rather low seismicity. However, contrary to the Epagny event, which was expected to occur on the Vuache Fault, nothing could lead to predict an event in the Agly massif. On the other hand, these two examples illustrate how difficult it is to evaluate the seismic risk precisely, even in an area of moderate seismicity where historical seismicity is well documented. They also show the importance of maintaining networks for several decades in order to obtain reliable catalogues of instrumental seismicity.

## 1. INTRODUCTION

Deux séismes destructeurs ont eu lieu en 1996 en France, l'un dans les Pyrénées (séisme de Saint-Paul-de-Fenouillet, le 18 février, $M_L$ = 5,2), l'autre dans les Alpes (séisme d'Épagny-Annecy, le 15 juillet, $M_L$ = 4,9) (Figure n°1). Ils ont entraîné des dégâts matériels importants dans la région de Saint-Paul-de-Fenouillet (intensité maximale égale à VI-VII MSK) et plus encore dans la région d'Annecy (intensité maximale de VII-VIII MSK) (Figure n°2). Ils n'ont heureusement pas fait de victime à l'exception d'un blessé léger (séisme d'Épagny). L'intensité plus faible à Saint-Paul-de-Fenouillet, bien que le séisme ait eu une magnitude un peu plus forte, est à mettre au compte de la profondeur plus grande du foyer ainsi que de l'absence d'effets de site. Les dégâts sont estimés à 6 millions de francs à Saint-Paul-de-Fenouillet (Mission AFPS, 1996a), et entre 350 et 400 millions de francs à Épagny.
Ces deux séismes survenus la même année sont venus nous rappeler que le risque sismique ne doit pas être négligé dans ces deux massifs, situés l'un comme l'autre sur une limite de plaques (ou de sous-plaques) tectoniques. En témoignent dans les trente dernières années plus de vingt séismes ayant provoqué des dégâts dans ces deux régions. Les plus forts d'entre eux, Saint-Paul-sur-Ubaye (1959, $I_0$ = VIII), Corrençon (1962, $I_0$ = VII-VIII), Monteynard (1963, $I_0$ = VII), Arette (1967, $I_0$ = VIII), Abondance (1968, $I_0$ = VII), Arudy (1980, $I_0$ = VII-VIII), Faverges (1980, $I_0$ = VI-VII), Mauléon (1982, $I_0$ = VI-VII), Le-Grand-Bornand (1994, $I_0$ = VI-VII) ont suscité une émotion de courte durée avant de retomber dans l'oubli ou presque, sauf peut-être les plus destructeurs, celui d'Arette en particulier.

Les deux séismes de 1996 ont été étudiés de façon approfondie, tant sur le plan scientifique que sociologique. Situés à l'intérieur, quoiqu'en bordure, des nouveaux réseaux sismiques installés depuis la fin des années 80 par les observatoires de Grenoble et de Toulouse, ils permettent un test en vraie grandeur de l'apport de ces réseaux. Ils ont fait l'objet l'un et l'autre d'une intervention rapide sur le terrain, avec le déploie-

ment des stations sismologiques performantes qui équivalent depuis quelques années les laboratoires de sismologie (Rigo et al., 1997 ; Thouvenot et al., 1998). Étant donné le niveau d'intensité atteint et l'impact médiatique qui a suivi, deux missions de l'Association française du génie parasismique (AFPS) ont aussi été envoyées sur place ; elles ont produit des rapports circonstanciés (Mission AFPS, 1996a et 1996b). Il apparaît donc intéressant de tenter une analyse comparative de ces deux séismes, d'une part sur le plan sismotectonique, et d'autre part sur le plan du risque sismique.

Ces deux tremblements de terre présentent de nombreuses ressemblances : tous deux ont eu lieu à la même heure au milieu de la nuit (02 h 46, heure locale, pour Saint-Paul-de-Fenouillet, 02 h 13 pour Épagny), pendant le week-end (nuit du samedi pour Saint-Paul-de-Fenouillet, nuit du dimanche pour Épagny), avec une magnitude voisine de 5 ($M_L$ = 5,2 et $M_L$ = 4,9 respectivement, selon nos calculs) ; leur mécanisme au foyer est dans les deux cas un coulissage sénestre sur une faille E-W à Saint-Paul-de-Fenouillet et NW-SE à Épagny (Figure n°3) ; enfin, ils sont situés dans des zones relativement peu sismiques, classées en zone I B (sismicité

<table><caption>**Table n°1** : Localisations et magnitudes des séismes de Saint-Paul-de-Fenouillet et d'Épagny. En haut les paramètres de référence d'après Rigo et al. (1997) et Thouvenot et al. (1998). Au milieu les localisations calculées par différents organismes. En bas les magnitudes calculées par différents organismes, avec, entre parenthèses, le nombre de stations utilisées pour le calcul. ISC = International Seismological Centre, Thatcham, Royaume-Uni ; NEIC = USGS National Earthquake Information Center, Denver, États-Unis ; IDC = International Data Centre, Arlington, États-Unis ; LDG = Laboratoire de détection et de géophysique, Bruyères-le-Châtel, France ; Rénass = Réseau national de surveillance sismique, Strasbourg, France ; SGC = Servei Geològic de l'Institut Cartogràfic de Catalunya, Barcelone, Espagne ; OMP = Observatoire Midi-Pyrénées, Toulouse, France ; IGN = Instituto Geográfico Nacional, Madrid, Espagne ; SED = Schweizerischer Erdbebendienst, Zürich, Suisse ; Sismalp = Réseau Sismalp, Observatoire de Grenoble, France.</caption><thead><tr><th rowspan="3">Organisme</th><th colspan="4">Saint-Paul-de-Fenouillet</th><th colspan="2">Épagny</th></tr><tr><th colspan="3">18/02/1996 01:45:45 UTC</th><th colspan="3">15/07/1996 00:13:30 UTC</th></tr><tr><th>Lat N</th><th>Lon E</th><th>Prof (km)</th><th>Lat N</th><th>Lon E</th><th>Prof (km)</th></tr></thead><tbody><tr><td>ISC</td><td>42.83</td><td>2.52</td><td>14</td><td>46.02</td><td>6.01</td><td>4</td></tr><tr><td>NEIC</td><td>42.828</td><td>2.533</td><td>10</td><td>46.015</td><td>5.977</td><td>5</td></tr><tr><td>IDC</td><td>42.7331</td><td>2.6342</td><td>0</td><td>45.9961</td><td>6.0386</td><td>0</td></tr><tr><td>LDG</td><td>42.8</td><td>2.5</td><td>11</td><td>45.9</td><td>6.1</td><td>2</td></tr><tr><td>Rénass</td><td>42.80</td><td>2.60</td><td>6</td><td>46.01</td><td>6.10</td><td>2</td></tr><tr><td>OMP/SGC</td><td>42.79</td><td>2.54</td><td>8</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sismalp</td><td>42.73</td><td>2.56</td><td>17</td><td>45.9427</td><td>6.0950</td><td>3.4</td></tr><tr><th rowspan="8">Organisme</th><th rowspan="8">m<sub>b</sub></th><th rowspan="8">M<sub>L</sub></th><th colspan="2">Magnitudes</th></tr><tr><th>m<sub>b</sub></th><th>M<sub>L</sub></th></tr><tr><td>4.6 (42)</td><td>4.3 (16)</td><td>4.5 (4)</td></tr><tr><td>4.7 (49)</td><td>4.5 (13)</td><td>4.5 (1)</td></tr><tr><td>4.5 (20)</td><td>4.2 (7)</td><td>3.8 (4)</td></tr><tr><td>5.6 (3)</td><td>4.5 (5)</td><td>3.8 (4)</td></tr><tr><td>5.6</td><td>5.3 (31)</td><td></td></tr><tr><td>5.0</td><td>5.2</td><td></td></tr><tr><td>IGN</td><td></td><td>4.3</td></tr><tr><td>SED</td><td></td><td>5.1</td></tr><tr><td>OMP/SGC</td><td>5.2 (2)</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sismalp</td><td>5.1 (7)</td><td></td><td></td><td></td><td>4.7 (3)</td><td></td></tr></tbody></table>
## 2. LE SÉISME DE SAINT-PAUL-DE-FENOUILLET

Il s'est produit à 1h45 min 45 s UTC le 18 février 1996 à proximité de la bourgade de Saint-Paul-de-Fenouillet dans le département des Pyrénées-Orientales (Figure n°4). Il a été ressenti dans tout le Sud-Ouest de la France et le Nord-Est de l'Espagne (Catalogne), avec une intensité maximale à l'épicentre égale à VI-VII MSK (Figure n°2a) selon le Bureau central sismologique français.

<figure><img src="image_18.png" /></figure>

Fig. n°1 : Cartes de la sismicité des Pyrénées et des Alpes entre 1989 et 1996. (a) Localisations obtenues à partir des données des différents réseaux sismologiques pyrénéens. Tiré de Souriau et Pauchet (1998). L'encadré à l'est de la chaîne correspond à la zone du séisme de Saint-Paul-de-Fenouillet (18 février 1996) et aux Figures n°4, 5 et 6. (b) Localisations issues du réseau Sismalp de l'Observatoire de Grenoble. L'encadré au nord de la chaîne correspond à la zone du séisme d'Épagny (15 juillet 1996) et aux Figures n°7 et 8.

<figure><img src="image_19.png" /></figure>

Fig. n°2 : Cartes des intensités macrosismiques (échelle MSK) des séismes de Saint-Paul-de-Fenouillet et d'Épagny. L'intensité maximale à Saint-Paul-de-Fenouillet est de VI-VII et à Épagny de VII-VIII. Ces cartes ont été établies d'après le Bureau central sismologique français à Strasbourg (Annuaire du BCSF, 1998).

faible) selon le zonage sismique en vigueur (Despeyroux et Godefroy, 1986). La sismicité historique présente aussi certaines ressemblances, puisqu'il faut remonter à 1838 et 1920-1922 à Saint-Paul-de-Fenouillet et à 1839 et 1936 à Épagny pour retrouver des séismes ayant provoqué des dégâts au même endroit ou à proximité.

Cependant, les études détaillées réalisées sur les deux séismes principaux et leurs répliques ont fait apparaître des dissemblances. Nous allons présenter dans les deux paragraphes suivants les principaux résultats scientifiques obtenus.
<figure><img src="image_20.png" /></figure>

Fig. n°3 : Mécanismes au foyer des séismes de Saint-Paul-de-Fenouillet et d'Épagny. Les ronds noirs correspondent à des premiers mouvements de l'onde P en compression, les ronds blancs à des dilatations (les symboles plus petits indiquent des lectures moins sûres). La position des axes P et T est indiquée.

çais (Annuaire du BCSF, 1998). La magnitude locale varie de 4,9 à 5,6 selon les estimations de plusieurs organismes régionaux (Table n°1). Une magnitude $m_b$ de 4,5 à 4,7 a été déterminée par les trois principaux organismes mondiaux. Nous avons gardé l'estimation de magnitude locale $M_L = 5,2$ qui correspond aux estimations faites à l'OMP (Observatoire Midi-Pyrénées, Toulouse), ainsi qu'à la moyenne des valeurs obtenues par les différents organismes. Ce séisme n'a donné lieu à aucune rupture de surface. Il a été accompagné de manifestations hydrogéologiques, en particulier un bouillonnement gazeux dans la rivière de l'Agly à 1,5 km du centre de la ville, qui aurait commencé 15 jours avant le séisme et s'est arrêté 5 jours après (Rigo et al., 1997). Des observations similaires avaient été faites lors de séismes précédents (Mengel, 1921). D'autre part, un signal géochimique précurseur a été mis en évidence dans les eaux minérales d'Alet-les-Bains situé à 30 km au nord de Saint-Paul-de-Fenouillet (Toutain et al., 1997 ; Poitrasson et al., 1998).

Le séisme a été localisé à 42° 47,8' N, 2° 32,3' E et 7,7 km de profondeur (Table n°1) avec une incertitude de 2,5 km sur la position hypocentrale (Rigo et al., 1997). Cette localisation a été obtenue en utilisant les 20 stations (sur les 114 l'ayant enregistré) dont la distance épicentrale était inférieure à 120 km, c'est-à-dire ayant pour première arrivée l'onde $P_g$ directe et non l'onde $P_n$ réfractée sous le Moho. L'épicentre se situe donc dans la Zone Nord Pyrénéenne, dans le massif granitique hercynien de l'Agly, à 8 km au nord de la Faille Nord Pyrénéenne, considérée comme l'accident tectonique majeur des Pyrénées (voir Choukroune [1992] pour une revue sur la tectonique pyrénéenne). Ce massif est encadré par deux synclinaux mésozoïques : le synclinal de Saint-Paul-de-Fenouillet au nord et le synclinal de Boucheville au sud. Il est situé dans une région à faible sismicité instrumentale (Souriau et Pauchet, 1998). Le mécanisme au foyer a été déterminé à partir des sens de premier mouvement de 84 ondes P. C'est un décroche-

ment sénestre avec une petite composante normale (Figure n°3), si l'on choisit le plan nodal E-W subvertical comme plan de rupture, ce que suggère la direction générale E-W des structures géologiques dans cette zone (Rigo et al., 1997).

Seule l'analyse fine des répliques a permis de caractériser la faille responsable de ce séisme (Pauchet et al., 1998 ; Pauchet, 1998). Un réseau temporaire de 20 stations, totalement opérationnel 30 heures après le choc principal, a enregistré environ 1 200 séismes entre le 19 et le 23 février 1996 (Figure n°4). L'analyse de cette sismicité a abouti à la localisation de 336 événements avec

<figure><img src="image_21.png" /></figure>

Fig. n°4 : Carte du réseau temporaire installé dans la région épicentrale du séisme de Saint-Paul-de-Fenouillet (étoile). FNP : Faille Nord Pyrénéenne.

une incertitude inférieure à 1 km, et à la détermination de 39 mécanismes au foyer à l'aide des premiers mouvements des ondes P. La distribution des répliques couvre une zone de 7 km par 5 km (Figure n°5a) et est comprise entre 4 et 11 km de profondeur (Figure n°5b). La principale faille impliquée, reportée sur les cartes géologiques sous le nom de faille de Saint-Arnacq, n'avait jamais été considérée comme pouvant être active. La rupture d'un autre segment de faille orienté approximative-ment E-W (Figure n°5a), également reportée sur les cartes géologiques, est suggérée par la distribution géographique des répliques. Cette rupture pourrait être à l'origine d'une réplique de magnitude $M_L = 4,0$ survevue une heure après le choc principal. La distribution générale des répliques confirme que le plan de rupture correspond bien au plan nodal E-W du mécanisme au foyer du choc principal.

Les mécanismes au foyer des répliques montrent une grande diversité, avec des mécanismes en faille normale, aussi bien N-S qu'E-W, ayant une composante décro-
<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>**Fig. n°5** : (a) Carte épicentrale des 336 répliques les mieux localisées (± 1,0 km) avec le mécanisme au foyer du choc principal. Les deux triangles grisés localisent la coupe 5b. Les trois segments en gris dans l'essaim des répliques représentent les failles supposées être responsables de la crise. (b) Coupe S-N interprétative de la crise de Saint-Paul-de-Fenouillet avec projection de toutes les répliques et du choc principal avec ses barres d'erreurs de localisation. FNP : Faille Nord Pyrénée ; FTB : Faille de Trilla-Belesta ; FSA : Faille de San-l'Arnacq ; FCF : Faille de la Clue de la Fou ; FCNP : Front Chevauchant Nord Pyrénéen.</figcaption></figure>

chante plus ou moins importante, des mécanismes en faille inverse et des mécanismes décrochants (Figure n°6). Cependant, une analyse statistique des axes de compression P et de dilatation T montre une bonne cohérence des axes T qui sont E-W et subhorizontaux, alors que les axes P sont beaucoup plus dispersés (Pauchet et al., 1998). Sur la Figure n°6, nous montrons une modélisation de la variation de la contrainte de Coulomb consécutive au choc principal (Pauchet et al., 1998). Nous prenons une géométrie de faille correspondant à la cartographie de la Figure n°5a. Sur le segment E-W situé à l'ouest du point triple, attribué à la principale réplique, on considère un glissement sénestre de 1 cm, alors que sur les deux autres segments, qui correspondent à la faille de Saint-Arnacq, on considère un glissement sénestre de 8 cm, en accord avec une magnitude de 5,2. En effet, les lois d'échelle permettent de mettre directement en relation la magnitude d'un séisme avec la surfa-

<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>**Fig. n°6** : Variation de la contrainte de Coulomb à 7,5 km de profondeur consécutive au séisme du 18 février 1996 (d'après Pauchet et al., 1998). La contrainte régionale horizontale est N30°E ± 10° et de 3 MPa. Le coefficient de friction effectif μ' est de 0,4. Sont représentés les plans préférentiels de rupture dextres (blanc) et sénestres (noir), les épicentres des répliques et leurs mécanismes au foyer. Le modèle comporte trois dispositions de 5 km de large et de 2, 2,5 et 2 km de long avec un glissement sénestre de 8, 8 et 1 cm respectivement pour un moment sismique total de 5,4 10¹⁶ N.m.</figcaption></figure>

ce du plan de rupture et le glissement moyen cosismique sur ce plan. Ainsi, les deux segments représentant le plan de rupture principal correspondent à une longueur totale de 4,5 km pour une largeur de 5 km. Nous représentons également les plans préférentiels de rupture dextres et sénestres à mettre en comparaison avec les mécanismes au foyer des répliques (Figure n°6).

Dans ce type de modèle, il est nécessaire de tenir compte du champ de contrainte régional. Or ce champ est mal connu, aussi bien en direction qu'en intensité. Le mécanisme du choc principal nous indique un axe de compression subhorizontal orienté N45°E et un axe de dilatation subhorizontal orienté N135°E. Cependant, ces axes ne permettent pas de connaître la contrainte régionale, car ils dépendent aussi de l'orientation de la faille impliquée dans la rupture. Compte tenu de cette orientation, approximativement E-W, on déduit que la contrainte régionale doit impliquer une compression horizontale orientée entre N0° et N90°.

Lors de la modélisation, nous avons considéré une contrainte régionale horizontale maximale de 3 MPa ou 10 MPa, et d'orientations pouvant prendre toutes les valeurs possibles entre N0° et N90°E. La valeur de la contrainte et l'orientation retenues sont celles qui permettent d'expliquer au mieux la distribution des répliques, ainsi que la variabilité de leurs mécanismes au foyer, qui traduit la variabilité en direction des plans de rupture préférentiels. Nous obtenons ainsi un modèle où la distribution de la sismicité est contenue à 95 % dans une enveloppe où la contrainte de Coulomb augmente de
plus de 0,2 MPa avec une direction de la contrainte régionale horizontale maximale à N30°E ± 10° et une valeur de 3 MPa. Une modélisation avec une valeur de 10 MPa montre des différences qui ne sont pas significatives sur la forme des lobes, mais la direction des plans préférentiels de rupture varie peu. Cependant, aucune des modélisations ne parvient à rendre compte de manière satisfaisante de la variabilité des mécanismes des répliques. Cette diversité peut être expliquée par le fait que le massif de l'Agly, qui a une histoire ancienne (depuis l'hercynien), constitue un milieu très fracturé, ce que montrent bien les cartes géologiques. Des glissements sur ces fractures préexistantes peuvent être déclenchés par des sollicitations brutales telles qu'un séisme et donner des répliques aux mécanismes très variés. De même, des migrations de fluides à l'intérieur du massif granitique consécutives au choc principal pourraient expliquer cette diversité de mécanismes (pour plus de détails se reporter à Pauchet, 1998).

Le travail réalisé sur la crise sismique de Saint-Paul-de-Fenouillet a permis de mettre en évidence d'une part que ce séisme s'est produit sur une faille mineure des Pyrénées dans le massif de l'Agly, et non pas, comme on aurait pu s'y attendre, sur la Faille Nord Pyrénéenne, d'autre part que le mécanisme au foyer de ce séisme est principalement un décrochement sénestre avec un axe de compression NE-SW. Cet axe de compression est le même que celui obtenu pour un séisme de 1981 situé 50 km à l'ouest de Saint-Paul-de-Fenouillet. Cependant, dans l'ouest de la chaîne, l'axe de compression régionale est NW-SE donnant des mécanismes décrochants dextres d'après l'analyse de la crise sismique d'Arudy de 1980 (Gagnepain-Beyneix et al., 1982 ; Gagnepain-Beyneix, 1985) et d'une campagne de microsismicité dans la région d'Arette (Gagnepain-Beyneix, 1987). Enfin, une étude interférométrique du séisme de Saint-Paul-de-Fenouillet (Rigo et Massonnet, 1998) confirme la position, la géométrie de la faille et le mécanisme de ce séisme. Par ailleurs, elle précise qu'en plus d'un mouvement cosismique sénestre, il y a forcément un mouvement cosismique vertical de type normal, composante de la rupture qui n'avait pu être contrainte par l'analyse des répliques.

## 3. LE SÉISME D'ÉPAGNY

Le séisme d'Épagny a eu lieu à 0 h 13 min 30 s UTC le 15 juillet 1996 à 4 km au nord-ouest de la ville d'Annecy (Haute-Savoie), dans les Alpes du Nord, avec une magnitude allant selon les estimations de mb = 4,2 à 4,5 et ML = 4,3 à 5,3 (Table n°1). C'est le plus fort séisme dans les Alpes françaises depuis celui de Corrençon en 1962, et l'un des plus destructeurs en France depuis plusieurs décennies. Son intensité épicentrale a atteint la valeur VII-VIII MSK (Figure n°2b), notamment dans les communes d'Épagny et de Metz-

Tessy, les plus proches de l'épicentre, mais aussi à Poisy, Meythet et Annecy (Thouvenot et al., 1998 ; Annuaire du BCSF, 1998). On ne déplore heureusement qu'un blessé léger (coupures dues à des éclats de verre selon le Dauphiné Libéré du 16 juillet 1996). Les dégâts ont pu être estimés à un montant situé entre 350 et 400 millions de francs. Un certain nombre d'immeubles ont subi des dégâts structuraux importants ayant parfois entraîné l'interdiction d'accès pour plusieurs mois (Mission AFPS, 1996b). Un autre aspect spectaculaire a été la chute de centaines de cheminées, ainsi que celle de certains éléments de décoration. Le séisme s'étant produit la nuit, à 2h13 heure locale, on n'a fort heureusement pas eu à déplorer de victimes de ces chutes d'objets, ce qui n'au-

<figure><img src="image_24.png" /></figure>

**Fig. n°7** : Carte sismotectonique de la zone de la faille du Vuache. Les séismes sont représentés avec un cercle proportionnel à la magnitude avec indication de l'année. Cercles non remplis : principaux séismes historiques (avant 1989). Cercles remplis en noir : séismes récents (depuis 1989) de magnitude supérieure à 2. Le rectangle correspond au cadre de la Figure n°8. La texture de briques représente les massifs calcaires mésozoïques (Jura à l'ouest, massifs subalpins à l'est).

rait sans doute pas été le cas si le séisme avait eu lieu durant la journée. La faible profondeur du séisme et les effets de site dus à une épaisse couche de sédiments quaternaires (Thouvenot et al., 1998) expliquent en partie l'importance et la répartition des dégâts.

Ce séisme s'est produit à l'intérieur du réseau Sismalp de l'Observatoire de Grenoble (réseau de surveillance sismologique des Alpes et du Sud-Est). Les données de ce réseau et celles des réseaux voisins français (Rénass, LDG), suisse (SED) et italien (IGG) ont été utilisées pour localiser ce séisme et déterminer son mécanisme au foyer. Dans un rayon de 150 km on dispose de 33 enregistrements qui ont été utilisés pour la localisation. L'épicentre se trouve dans la commune d'Épagny, par 45° 56,3'N et 6° 05,3'E. Le meilleur ajustement aux