Comité National Français de Géodésie et Géophysique

RAPPORT QUADRIENNAL
1999 - 2002

XXIIIe Assemblée Générale
de l'Union Géodésique et Géophysique Internationale
Sapporo (Japon), du 30 juin au 11 juillet 2003

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Publié avec le concours de l'Académie des Sciences de Paris
Comité National Français
de Géodésie et Géophysique

Rapport
Quadriennal
1999-2002

Edité par Jean-Pierre Barriot
Observatoire Midi-Pyrénées
14, avenue Edouard Belin
31400 Toulouse
En 2003, l'Assemblée générale de l'Union géodésique et géophysique internationale (UGGI) se tient à Sapporo, au Japon. La tenue régulière de ces Assemblées générales rythme la vie de l'UGGI, et donc celle du CNFGG (Comité National Français de Géodésie et Géophysique), le correspondant national français de l'UGGI. Ainsi, à l'occasion de chaque Assemblée générale, chaque correspondant national doit publier et diffuser son Rapport Quadriennal, et tou- tes les instances de l'Union et des Associations qui la composent sont renouvelées. Mais ces tâches, au demeurant indispensables au bon fonctionnement de l'Union et des Associations, ne doivent pas nous détourner de l'essentiel : l'étude scientifique de la Terre et ses applications aux besoins de notre société contemporaine, afin de mieux comprendre notre planète, en prévoir l'évolution et la protéger.

Chacune des Associations qui composent l'Union constitue, dans son domaine, la seule association scientifique spécialisée à vocation planétaire, avec pour mission :

* d'encourager, dans ses domaines de compétence, la recherche par des pays, institutions ou personnes individuelles et de faciliter la coordination internationale de ces recherches;

* de fournir au niveau international un cadre pour la discussion et la publication des résultats des recherches ainsi effectuées.

Ces objectifs sont ambitieux, et tous ceux qui se sont un jour impliqué dans la vie des Associations – ou dans celle de l'Union – mesurent l'ampleur du défi qu'ils représentent. Ils nécessitent en particulier que nous réussissions à organiser des Assemblées de très haut niveau scientifique qui soient attractives et ouvertes à tous, et notamment à nos collègues des pays en voie de développement. Nous avons voulu que notre Rapport Quadriennal s'inscrive dans cette démarche, en contribuant à la diffusion de résultats récents et remarquables.

C'est dans ce but que, de même que pour les Assemblées générales de Vienne (1991), Boulder (1995) et Birmingham (1999), ce Rapport Quadriennal présente un panorama de la recherche et des réalisations françaises dans les domaines de la géodésie et de la géophysique, durant les quatre dernières années. L'objectif est de jeter des coups de projecteur sur des domaines où les équipes françaises ont obtenu des résultats importants, en les replaçant dans leur contexte international. Ils sont regroupés selon les thématiques des sept associations internationales spécialisées qui composent l'Union : Géodésie, Sismologie et Physique de l'intérieur de la Terre, Volcanologie et Chimie de l'intérieur de la Terre, Géomagnétisme et Aéronomie, Météorologie et Physique de l'atmosphère, Sciences Hydrologiques et Sciences Physiques de l'océan.

La contrepartie de notre choix est l'effort demandé à ceux qui acceptent de contribuer, aux bureaux de section qui ont supervisé la rédaction des articles, et à notre Secrétaire Général qui a assuré l'édition du Rapport.

Que chacun d'entre eux trouve ici l'expression de mes remerciements les plus chaleureux.

Michel Menvielle
1er Vice-Président du CNFGG
Comité National français
de Géodésie et Géophysique
Composition du Conseil
## EN TANT QUE MEMBRE DU BUREAU :

### 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

### Premier Vice-président : Michel MENVIELLE

CETP/ Observatoire de Saint Maur
4 Avenue de Neptune
94107 Saint-Maur-des-Fossés Cedex
Tél. : 01 45 11 42 34, Fax : 01 48 89 44 33
E-mail : michel.menvielle@cetp.ipsl.fr

### Second Vice-président : Pascal RICHET

IPGP, Département des Géomatériaux
4, place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05
Tél. : 01 44 27 49 39, Fax : 01 44 27 24 87
E-mail : richet@ipgp.jussieu.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

Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre
5 Rue René Descartes
67084 Strasbourg Cedex
Tél. : 03 90 24 00 51, Fax : 03 90 24 01 25 (EOST)
Tél. : 03 90 24 00 58 ou 03 88 45 01 91
Fax : 03 88 60 38 87 (EUG)
E-mail : Roland.Schlich@eost.u-strasbg.fr
E-mail : eug@eost.u-strasbg.fr (EUG)
E-mail : cnfgg@eost.u-strasbg.fr (CNFGG)

## EN TANT QUE PRÉSIDENT OU
SECRÉTAIRE DE SECTION :

### SECTION 1

#### Président : Claude BOUCHER

Ministère de la Recherche
Direction de la Technologie
Département Espace et Aéronautique
1 rue Descartes, 75231 Paris Cedex 05
Tél. : 01 55 55 98 86, Fax : 01 55 55 98 46
E-mail : claude.boucher@espace.gouv.fr

#### Secrétaire : Nicolas FLORSCH

UMR 7619 "Sisyphe"
Département de Géophysique appliquée
Université Pierre et Marie Curie
4 place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05
Tél. : 01 44 27 48 28, Fax : 01 44 27 45 88
E-mail : florsch@ccr.jussieu.fr

### SECTION 2

#### Président : Pascal RICHET

IPGP, Département des Géomatériaux
4, place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05
Tél. : 01 44 27 49 39, Fax : 01 44 27 24 87
E-mail : richet@ipgp.jussieu.fr

#### Secrétaire : Eric Clévédé

IPGP, Département de Sismologie
tour 24-14, 4ᵉ et., case 89
4, place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05
Tél. : 01 44 27 24 13, Fax : 01 44 27 38 94
E-mail : clevede@ipgp.jussieu.fr

### SECTION 3

#### Président : Patrick ALLARD

Laboratoire Pierre Süe, CNRS-CEA
CEA-Saclay, 91191 Gif/Yvette
Tel. : 01 69 08 85 42, Fax : 01 69 08 77 16
E-mail : allard@lsce.saclay.cea.fr

#### Secrétaire : Pierre BRIOLE

IPGP, Département de Sismologie
4, place Jussieu, 75005 Paris
Tél. : 01 44 27 48 93, Fax : 01 44 27 38 94
E-mail : briole@ipgp.jussieu.fr

### SECTION 4

#### Président : Mioara Mandea

Observatoire Magnétique National
Carrefour des 8 routes
45340 Chambon la Foret
Tél. : 02 38 33 95 00, Fax : 02 38 33 95 04
E-mail : mioara@ipgp.jussieu.fr
### Secrétaire : Michèle Bitterly

Observatoire Magnétique National
Carrefour des 8 routes
45340 Chambon la Foret
Tél. : 02 38 33 95 00, Fax : 02 38 33 95 04
E-mail : mbitterly@ipgp.jussieu.fr

## SECTION 5

### Président : Jean-Pierre ISSARTEL

ENPC/CEREVE
6 & 8, Av. Blaise Pascal,
Cité Descartes, Champs sur Marnes
77455 Marne la Vallée Cedex 02
Tél. : 01 64 15 36 47, Fax : 01 64 15 37 64
E-mail : issartel@cereve.enpc.fr

### Secrétaire : Alain JEJCIC

Laboratoire de Météorologie Dynamique
Université Paris VI, Tour 25-15 5ième étage, case postale 99
4, Place Jussieu
75252 Paris Cedex 05
Tél. : 01 44 27 23 14, Fax : 01 44 27 62 72
E-mail : jejcic@lmd.jussieu.fr

## SECTION 6

### Président : Jean-Claude OLIVRY

135, Av. du Coteau Fleuri
83320 Carqueiranne
Tél. : 04 94 57 58 20
E-mail : Jean-Claude.Olivry@wanadoo.fr

### Secrétaire : Patrick Le Goulven

IRD/Maison de l'Eau
BP 5045
34032 Montpellier Cedex 1
Tél. / Fax : 04 67 14 90 91
E-mail : Patrick.LeGoulven@mpl.ird.fr

## SECTION 7

### Président : Michel CREPON

LODYC
Lab. d'Océanographie et de Climatologie
Université Pierre et Marie Curie
4 Place Jussieu, Tour 26, 4ème étage
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 :

### 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

### 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 : francois.barlier@obs-azur.fr

## EN TANT QUE PRÉSIDENT SORTANT DE SECTION :

### SECTION 1

#### Martine FEISSEL

Institut Géographique National
ENSG/LAREG
8, Av. Blaise Pascal
77455 Marne la Vallée Cedex 2
Tél. : 01 64 15 32 83, Fax : 01 64 15 32 53,
E-mail : feissel@ensg.ign.fr

### SECTION 2

#### 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@geoazur.unice.fr

### SECTION 3

#### Jean François LENAT

Université Blaise Pascal- CRV
5, rue Kesseler
63038 Clermont-Ferrand
E-mail : J.F.Lenat@opgc.univ-bpclermont.fr

### SECTION 4

#### Alain HAUCHECORNE

Service d'Aéronomie
BP n°3
91371 Verrières-le-Buisson Cedex
Tél. : 01 64 47 42 60, Fax : 01 69 20 29 99,
E-mail : Alain.Hauchecorne@aerov.jussieu.fr
## SECTION 5

### Jean-Louis FELLOUS

Direction des Recherches Océaniques
IFREMER
155, rue Jean-Jacques Rousseau
92138 Issy-les-Moulineaux Cedex
Tél. : 01 46 48 22 16, Fax: 01 46 48 22 24
E-mail : jean-louis.fellous@ifremer.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 Comité 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 Géophysique (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 de Géophysique

HISTORIQUE
A 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 Commision internationale sur les glaciers (CIG), qui avait été créée en 1894, mais dont les activités s'étaient ralen ties 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'aboutirent 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 président 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 expériences 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, coopérés 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 restres 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 développés. C'est ainsi que, dès 1971, il fut créé un Comité national de géodynamique comprenant des membres désignés de nos deux Comités, afin de favoriser la participation 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 française aux Assemblées générales de l'UGGI et des Associations 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 ver-
sions 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 lacunai-
re, mais que l'on espère néanmoins équilibré, de la
recherche française replacée dans son contexte interna-
tional.

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 rassemble
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 disciplines. 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 adoptée
en 1984, prévoient que le renouvellement du Bureau s'ef-
fectue 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 politique
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

25

## Géodésie

Le repère de Référence Terrestre IRTF2000
Z. Altamini, C. Boucher, P.Sillard

27

Théorie du mouvement orbital moyen :
bilan des développements et perspectives pour l'étude du champ de gravité
F. Deleflie, P. Exertier, G. Metris, S. Bruinsma, O. Laurain, P. Berio, F. Barlier

57

Modélisation du champ de gravité terrestre et nouvelles missions
R. Biancale, G. Balmino, J.M. Lemoine, J.C. Marty, F. Perosanz, N. Vales, P. Exertier, G. Metris, F. Barlier, J. Nicolas, O. Laurain

64

Vers une orbitographie centimètrique des satellites océanographiques
P. Exertier, J. Nicolas, P. Bonnefond, P. Willis, J.P. Berthias, O. Laurain, and F. Barlier

71

Géodésie dans les Terres Australes et Antarctiques Françaises (TAAF) -
Mesures absolues de Pesanteur, Positionnement Doris et GPS,
Marégraphes. Présentation, premiers résultats et perspectives
M. Amalvict IPGS/EOST

80

Activités de l'IRD en Gravimétrie et en Géodésie
S. Bonvalot, S. Calmant, G. Gabada, P. Lebellegard, D. Remy

87

Mouvements verticaux et gravimétrie absolue :
expérience de Brest (1998-2002)
M.F. Lequentrec-Lalancette, B. Simon, M. Amalvict, J. Hinderer

99

La surcharge hydrologique en géodésie terrestre
Florsch, Longuevergne, Llubes, Hinderer, Amalvict

101

# Section 2

## Sismologie et Physique de l'intérieur de la terre

Il n'y a pas, au jour où nous imprimons ce document,
de contribution de la section 2 au Rapport Quadriennal.
## Section 3

109

# Volcanologie et Chimie de l'intérieur de la Terre

Instabilité des volcans de l'arc Antillais :

origine et implication sur les risques volcaniques

G. Boudon, A. Le Friant, J.-C. Komorowski, C. Deplus, M.P. Semet

111

Sondages des jets volcaniques par radar Doppler :
applications à l'Etna

F. Donnadieu, G. Dubosclard, P. Allard,
R. Cordesses, C. Hervier, J. Kornprobst, J.-F. Lénat

119

Signaux précurseurs des éruptions volcaniques :
nouvelles approches de détection

T. Staudacher, P. Bachelery, L-P. Ricard,
P. Catherine, P. Kowalski & J.L. Cheminée

125

Analyse autorégressive et localisation
de source de séismes et trémors volcaniques

Ph. Lesage, J.-Ph. Metaxian, M. Mora, S. Araujo

128

Ecouter les volcans pour mieux les comprendre
Deux volcans basaltiques : Etna (italie), Shishaldin (Alaska)

S. Vergniolle

131

Variations de la résistivité électrique et du potentiel spontané
associées à l'activite volcanique : cas de l'éruption
du 8 juillet 2000 du volcan Miyake-Jima (Japon)

J. Zlotnicki, Y. Sasai, P. Yvetot, Y. Nishida, M. Uyeshima,
F. Fauquet, H.Utada, Y. Takahashi, and G. Donnadieu

139
## Section 4

149

## Géomagnétisme et aéronomie

Assimilation de données satellitaires et inversion de sources pour l'étude de la composition chimique atmosphérique
(article commun avec la section 5)

C. Clerbaux, A. Hauchecorne, S. Bekki, C. Granier, M. Pirre, B. Sportisse, J.-P. Issartel, J.-L Attie

Anomalies magnétiques et datation des fonds océaniques : quarante ans après Vine et Matthews

J. Dyment

Theseo, troisième campagne européenne sur l'ozone stratosphérique

J-P. Pommereau

Observation, modélisation et interprétation du champ géomagnétique à l'ère spatiale

G. Hulot et M. Mandea

151

160

180

186

## Section 5

217

## Météorologie et Physique de l'atmosphère

Evolution future du climat en Méditerranée : vers un état de sécheresse accru ?

L. Li

220

Estimation du modèle de dispersion de la pollution dans l'espace image et localisation mono-source

G. Roussel, E. Ternisien

224

Quelques aspects de la modélisation et de la simulation de la pollution atmosphérique

B. Sportisse

233
**Section 6** 237

**Sciences Hydrologiques**

**Rôle joué par la forêt sur l'hydrologie des régions Méditerranéennes** 239
C. Cosandey, V. Andreassian, C. Martin, Jf Didon-Lescot, J. Lavabre, N. Folton, N. Mathys, D. Richard

**Section 7** 251

**Sciences Physiques de l'Océan**

**Le programme français d'océanographie opérationnelle Mercator : un nouveau regard sur l'océan** 253
P. Bahurel

**Le programme Pomme : premiers résultats** 261
L. Mémery et G. Reverdin

**Cahier couleur** 265
**Section 1.**
**Géodésie**

branche française de l'association
internationale de géodésie
# Le Repère de Référence Terrestre ITRF2000

Z. ALTAMIMI, C. BOUCHER, P. SILLARD
(IGN France)

## THE ITRF 2000 TERRESTIAL REFERENCE FRAME

### ABSTRACT

The International Earth Rotation Service (IERS) is in charge of the realization of the International Celestial and Terrestrial Reference Systems (ICRS and ITRS) as well as the determination of the Earth Orientation Parameters connecting the two systems. This article focus on the ITRS and its realization called the International Terrestrial Reference Frame (ITRF). The latest ITRF version, namely ITRF2000 is presented in details, highlighting the important geodetic and geophysical results.

### RÉSUMÉ

Le Service International de la Rotation Terrestre (IERS) est en charge de la réalisation des systèmes de référence céleste et terrestre (ICRS et ITRS) ainsi que la détermination des paramètres d'orientation de la Terre reliant ces deux systèmes. Cet article est consacré à l'ITRS et sa réalisation, appelée le Repère International de Référence Terrestre (ITRF). La dernière réalisation en date, ITRF2000 est décrite en détail, mettant en lumière les résultats géodésiques et géophysiques importants.

### INTRODUCTION

L'idée de base de l'ITRF est de combiner les positions de stations (et leurs vitesses), calculées par différents centres d'analyse en utilisant les observations des techniques spatiales telle que l'interferométrie à très longues lignes de base (VLBI) la télémétrie laser sur la Lune et sur satellite (LLR, SLR), le Global Positioning System (GPS) et Doppler Orbitography Radiopositionning Integrated by Satellite (DORIS). La méthode de combinaison a prouvé son efficacité de produire un repère de référence global bénéficiant des qualités des différentes techniques.

Depuis la première réalisation de l'ITRS, l'ITRF88, 9 autres versions de l'ITRF ont été calculés et publiées. Des améliorations ont constamment été apportées dans la stratégie d'analyse pour aboutir à une combinaison optimale de l'ITRF, (Altamimi et al., 1993, Boucher et Altamimi, 1993, 1996, Sillard et al., 1998, Altamimi et al., 2001).

Etant donné la large utilisation de l'ITRF dans les applications géodésiques et géophysiques, le but de l'ITRF2000 est d'avoir un repère amélioré en termes de qualité, de

réseau et de définition. L'ITRF2000 reflète la qualité réelle des solutions individuelles des techniques de géodésie spatiale, dans la mesure où ces solutions sont libres de toute contrainte externe. L'ITRF2000 comprend d'une part, les réseaux primaires VLBI, SLR, GPS et DORIS et, d'autre part, des réseaux GPS régionaux de densification.

### LES DONNÉES D'ENTRÉE DE L'ITRF2000

Les solutions individuelles incluses dans la combinaison ITRF2000 contiennent des positions et vitesses de stations avec matrices de variance complètes, fournies en format SINEX. 30 solutions ont ainsi été combinées : 3 VLBI, 1 LLR, 7 SLR, 6 GPS, 2 DORIS, 2 multi-techniques et 9 solutions régionales GPS. Ces solutions ont été estimées par les centres d'analyse en introduisant l'un des trois types de contraintes suivants :

* Contraintes qu'on peut facilement enlever : les positions/vitesses sont contraintes à des valeurs externes avec une incertitude de l'ordre de 10⁻⁵ mètres pour les positions et mètres/an pour les vitesses.

* Contraintes lâches : les incertitudes des contraintes sont de l'ordre d'un mètre pour les positions et 10 cm/an pour les vitesses.

* Contraintes minimales, dont le seul but est de définir le système de référence sous-jacent en termes d'origine, échelle, orientation et évolution temporelle.

Les observations utilisées dans ces solutions couvrent une période de la vingtaine d'années pour les techniques pionnières VLBI, LLR, SLR et une dizaine d'années pour GPS et DORIS. La figure 1 montre la répartition des sites de l'ITRF2000.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Fig. 1. Le réseau primaire de l'ITRF2000</figcaption></figure>
En plus des solutions individuelles des techniques spatiales, des rattachements locaux dans les sites de colocation ont été introduits dans la combinaison globale de l'ITRF2000. Ces rattachements sont essentiels pour faire le lien entre les différentes techniques de mesure.

## L'ANALYSE DES DONNÉES DE L'ITRF2000

Trois innovations majeures ont été implémentées afin d'améliorer la combinaison ITRF2000 :

* La combinaison de solutions libres de toute contrainte externe, mais pour lesquelles des contraintes minimales ont été appliquées afin de définir de la manière la plus précise possible, le système de référence en origine, échelle, orientation et évolution temporelle;

* L'origine de l'ITRF2000 est le centre des masses, définie par la technique SLR et,

* Pour une meilleure définition de l'évolution temporelle en orientation, celle-ci a été établie sur une sélection de sites géodésiques de très grande qualité.

Les étapes suivantes ont été adoptées dans le calcul de l'ITRF2000 :

* Remplacer les contraintes externes appliquées par les centres d'analyse par des contraintes minimales ;

* Propager les solutions individuelles aux époques de variance minimale ;

* Combiner les solutions ainsi obtenues en y ajoutant les rattachements dans les sites de colocation.

Le modèle de combinaison utilisé dans le calcul de l'ITRF2000 est donné par l'équation suivante :

$$ 
\begin{aligned}
\dot{X}_s^i &= X_c^i + (t_s^i - t_0) + T_k + D_k X_c^i + R_k X_c^i \\
&\quad + (t_s^i - t_k) [\dot{T}_k + \dot{D}_k X_c^i + \dot{R}_k X_c^i] \\
\dot{X}_s^i &= \dot{X}_c^i + (\dot{T}_k + \dot{D}_k X_c^i + \dot{R}_k X_c^i)
\end{aligned}
$$

où pour chaque solution individuelle s, k, T<sub>k</sub>, D<sub>k</sub> et R<sub>k</sub> sont respectivement la translation, le facteur d'échelle et la matrice de rotation. Les paramètres pointés représentent les dérivées par rapport au temps.

## LA DÉFINITION DE L'ITRF2000

En termes de définition de système de référence, l'ITRF2000 a les caractéristiques suivantes :

* L'échelle et sa dérivée sont définies par une moyenne pondérée de celles des solutions VLBI et celles les plus en accord des solutions SLR.

* Les translations et leurs vitesses sont définies par celles des solutions SLR les plus en accord ;

* L'orientation a été alignée à celle de l'ITRF97 à l'époque 1997.0, et son évolution temporelle a été alignée à celle du modèle géophysique NNR-NUVEL-1A. Il faut noter que l'orientation et sa dérivée ont été implémentées sur une sélection de sites de grande qualité géodésique, satisfaisant les critères suivants :

- Observés en continu pendant au moins trois ans ;

- Situés loin des frontières des plaques tectoniques et des zones de déformation ;

- Les vitesses combinées doivent être précises à mieux que 3 mm/an ;

- Les résidus sur les vitesses doivent être inférieurs à 3 mm/an pour au moins 3 solutions différentes.

Basée sur l'analyse de l'ITRF2000, la sélection des sites a été opérée suivant les critères ci-dessus fournissant 54 sites à l'intérieur des plaques tectoniques et 41 sites dans des zones de déformation. Parmi les 54 sites sélectionnés, 50 seulement ont été utilisés dans l'alignement au modèle NNR-NUVEL-1A. Les 4 autres sites ont des vitesses significativement différentes du modèle.

## LES RÉSULTATS DE L'ITRF2000

Les résultats de la combinaison globale ITRF2000 sont les positions des stations à l'époque 1997.0 et leurs vitesses de déplacement ainsi que les paramètres de transformation entre les solutions individuelles et l'ITRF2000. Les stations appartenant à un même site ont été contraintes à avoir la même vitesse.

Étant donné que l'ITRF2000 combine des solutions ayant des contraintes minimales, les paramètres de rotation sont arbitraires. Ce constat est également applicable aux composantes des origines des solutions VLBI. Par conséquent, nous allons nous intéresser aux échelles et origines des solutions satellitaires ainsi qu'aux échelles des solutions VLBI.

## ORIGINES ET ÉCHELLES DES SOLUTIONS INDIVIDUELLES

En sélectionnant l'intervalle 1991-2000 comme étant la période commune des observations des solutions individuelles incluses dans l'ITRF2000, la figure 2 montre les variations linéaires des translations des solutions SLR et GPS, par rapport à l'origine ITRF2000 (définie par la moyenne de 5 solutions SLR). La figure 3 illustre les variations linéaires des échelles des solutions VLBI, SLR et GPS, par rapport à l'échelle de l'ITRF2000 (définie par la moyenne des 3 solutions VLBI et 5 SLR).

La figure 2 montre le très bon accord entre les solutions SLR en termes d'origine, au niveau de 5mm, sur les trois composantes X Y Z. Les solutions GPS exhibent de larges différences, et en particulier autour des axes X et Y.

La figure 3 montre l'accord remarquable en termes d'échelle des trois solutions VLBI. D'autre part, la plupart des solutions SLR s'accordent en échelle à 1 ppb (10⁻⁹) près.

Afin d'évaluer la stabilité à long terme de l'ITRF2000, la dispersion (ou erreur moyenne quadratique pondérée) a été calculée sur les différences d'échelles et de translations des 3 solutions VLBI et 5 SLR qui ont été utilisées dans la définition de l'ITRF2000. Les valeurs de dispersion sont données dans la Table 1 qui montre (en terme d'erreur moyenne quadratique pondérée) que la stabilité de l'ITRF2000 sur une dizaine d'années est de l'ordre de 4 mm en origine et 0.5 ppb en échelle (équivalent à un biais en vertical de l'ordre de 3 mm).
<table><caption>TABLE 1. Stabilité à long terme de l'ogine et de l'échelle de l'ITRF 2000</caption><thead><tr><th colspan="3">Paramètre/dérivée EMQP (1997.0) EMQP (sur 10 ans)</th></tr><tr><th colspan="3">Echelle</th></tr></thead><tbody><tr><td>D (ppb)</td><td>0.2 (~1.2 mm)</td><td>0.5 (3mm)</td></tr><tr><td>(ppb/an)</td><td>0.03 (~0.2mm/an)</td><td></td></tr><tr><th colspan="3">Origine</th></tr><tr><td>Tx(mm)</td><td>0.4</td><td>1.4</td></tr><tr><td>x(mm/an)</td><td>0.1</td><td></td></tr><tr><td>Ty (mm)</td><td>0.5</td><td>1.5</td></tr><tr><td>y (mm/an)</td><td>0.1</td><td></td></tr><tr><td>Z (mm)</td><td>0.9</td><td>3.9</td></tr><tr><td>z (mm/an)</td><td>0.3</td><td></td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Fig. 3. Variations des échelles des solutions individuelles incluses dans l'ITRF2000</figcaption></figure>

## EVALUATION DE LA QUALITÉ ITRF2000

La qualité de l'ITRF2000 dépend des qualités relatives des solutions individuelles ainsi que de la stratégie d'analyse et de combinaison appliquée à ces solutions.

Un indicateur de qualité des solutions individuelles est l'erreur moyenne quadratique pondérée (EMQP) calculée pour chacune de ces solutions. Les valeurs EMQP sont données dans la Table 2, indiquant un niveau de 2-5 mm en position et de 1-2 mm/an en vitesse est atteint par la plupart des solutions utilisées.

Il est aussi intéressant de comparer l'ITRF2000 par rapport à l'ITRF97 en termes d'erreurs formelles, illustrées dans la figure 4, à la fois en positions et vitesses. Ces erreurs formelles représentent non seulement la précision des positions et vitesses mais aussi l'exactitude de la définition de l'ITRF2000.

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Fig. 2. Variations des translations des solutions individuelles incluses dans l'ITRF2000</figcaption></figure>

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Fig. 4. Histogrammes des positions et vitesses des stations ITRF2000/ITRF97</figcaption></figure>

## LE CHAMP DE VITESSES DES STATIONS DE L'ITRF2000

Bien que l'ITRF2000 ait été aligné sur le modèle NNR-NUVEL-1A, il est instructif de quantifier les vitesses résiduelles entre les deux. La figure 5 illustre les différences de vitesses entre l'ITRF2000 et NNR-NUVEL-1A pour 49 des 50 sites choisis, répartis sur 6 plaques tectoniques ayant au moins 4 sites. Cette figure montre clairement des résidus systématiques par plaque entre les deux champs de vitesses, comme par exemple entre les plaques Eurasie et Nord Amérique, pour n'en citer que ces deux. Ce comportement résiduel suggère qu'il y a des différences significatives des vitesses relatives entre-plaques, entre l'ITRF2000 et le modèle relatif NUVEL-1A.

<table><caption>TABLE 2. Résumé des EMQP des solutions incluses dans l'ITRF2000</caption><thead><tr><th>Technique</th><th>Nombre de solutions</th><th>EMQP en Position (mm)</th><th>EMQP en vitesse (mm/an)</th></tr></thead><tbody><tr><td>VLBI</td><td>3</td><td>2-3</td><td>1</td></tr><tr><td>SLR</td><td>7</td><td>2-14</td><td>1-5</td></tr><tr><td>GPS</td><td>6</td><td>2-5</td><td>1-2</td></tr><tr><td>DORIS</td><td>2</td><td>25-30</td><td>4-5</td></tr><tr><td>Multi-techniques</td><td>2</td><td>6-9</td><td>2</td></tr><tr><td>GPS Regional</td><td>9</td><td>1-8</td><td>1-4</td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_7.png" /></figure>

Cette différence est, globalement, de l'ordre de 3 mm/an. Cependant ceci n'altère pas la qualité interne de l'ITRF2000, dans la mesure où le but de l'alignement de l'ITRF2000 au modèle est de définir uniquement l'orientation différentielle de l'ITRF2000. Par conséquent, l'utilisateur doit être conscient que les pôles de rotation prédits par le modèle NNR-NUVEL-1A ne sont pas égaux à ceux qui pourraient être estimés à partir des vitesses ITRF2000. La figure 6 montre les différences des vitesses calculées par les pôles de rotation de l'ITRF2000 d'une part et le modèle NNR-NUVEL-1A d'autre part. De plus, un pôle de rotation estimé par l'ITRF2000 dépend des sites choisis et du niveau de rigidité de la plaque en question, alors que le modèle fourni toujours le même pôle, pour n'importe quel ensemble de sites de la plaque.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>**Fig. 6. Différences des vitesses entre l'ITRF 2000 et le modèle NNR-NUVEL-1A calculées à partir de leurs pôles de rotation respectifs**</figcaption></figure>

Afin d'illustrer la discussion ci-dessus, nous avons utilisé les vitesses ITRF2000 pour estimer les pôles de rotation de 6 plaques, données dans la table 3. Dans cette estimation, les 49 sites ont été utilisés, augmentés d'un site sur la plaque Antarctique et un autre sur la plaque Pacifique pour améliorer la géométrie des sites sur ces deux plaques. Le modèle d'observation utilisé dans cette estimation est l'équation suivante, reliant le vecteur d'Euler $\omega_p$ à la vitesse du point $\dot{X}_i$ ayant $X_i$ comme position et est situé sur la plaque p :

$$ \dot{X}_i = \omega_p \times X_i $$

La matrice de variance complète des vitesses des 51 sites, extraite de celle de l'ITRF2000, a été utilisée dans l'estimation des pôles des rotations, en un ajustement unique, préservant ainsi les corrélations entre les paramètres.

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>**Fig. 5. Différences des vitesses entre l'ITRF2000 et le modèle NNR-NUVEL-1A pour 49 sites**</figcaption></figure>

<table><caption>**TABLE 3. Pôles des rotations de 6 plaques tectoniques principale de l'ITRF2000**</caption><thead><tr><th>Plaque</th><th>φ(°N)</th><th>λ(°E)</th><th>ω(°/m.an)</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="2">ANTA</td><td>61.830</td><td>-125.574</td><td>0.231</td></tr><tr><td>±2.143</td><td>±3.689</td><td>±0.015</td></tr><tr><td rowspan="2">AUST</td><td>32.327</td><td>39.437</td><td>0.614</td></tr><tr><td>±0.652</td><td>±0.816</td><td>±0.006</td></tr><tr><td rowspan="2">EURA</td><td>57.965</td><td>-99.374</td><td>0.260</td></tr><tr><td>±1.211</td><td>±2.710</td><td>±0.005</td></tr><tr><td rowspan="2">NOAM</td><td>-5.036</td><td>-83.144</td><td>0.194</td></tr><tr><td>±1.142</td><td>±1.945</td><td>±0.003</td></tr><tr><td rowspan="2">PCFC</td><td>-64.176</td><td></td><td>0.666</td></tr><tr><td>±0.404</td><td>±1.345</td><td>±0.005</td></tr><tr><td rowspan="2">SOAM</td><td>-21.457</td><td>-134.631</td><td>0.113</td></tr><tr><td>±2.806</td><td>±4.762</td><td>±0.005</td></tr></tbody></table>
## LE MODÈLE DE MOUVEMENT DES PLAQUES TECTONIQUE ISSU DE L'ITRF2000

En utilisant les six pôles absolus de rotations, des pôles relatifs ont ensuite été calculés par addition de vecteurs. Les pôles relatifs de rotation des plaques sont insensibles à la définition du système de référence. Il est donc intéressant de comparer les pôles déduits de l'ITRF2000 à ceux prédits par le modèle géophysique (voir Table 4). Cette Table montre que les différences entre les deux modèles se situent entre 0.03° et 0.08° par millions d'années, équivalent à environs 1 – 7 mm/an sur la surface de la Terre. Comme le montre la Table 4, par rapport à la plaque Pacifique, les vitesses ITRF2000 des autres plaques sont plus rapides que celles prédites par le modèle géophysique, à l'exception de la plaque Australienne. De plus, les résultats de l'ITRF2000 montrent un mouvement relatif entre les plaques Eurasie et Nord Amérique, plus rapide que celui du modèle géophysique par environs 0.056°/millions d'années.

## CONCLUSION

L'ITRF2000 est, de loin, la version ITRF la plus étendue et la plus précise jamais réalisée. Cette solution contient près de 800 stations réparties sur près de 500 sites. La cohérence interne des solutions VLBI et SLR ont permit une définition précise de l'échelle et de l'origine. La stabilité à long terme de l'ITRF2000, évaluée sur une dizaine d'années, est de l'ordre de 4 mm en origine et de 0.5 ppb en échelle (environ 3 mm sur la surface de la Terre).

## RÉFÉRENCES

* Altamimi Z., C. Boucher and P. Sillard, New Trends for the Realization of the International Terrestrial Reference System, Adv. Space Res., Vol. 30, No. 2, pp. 175-184, 2002.

* Altamimi, Z., P. Sillard, and C. Boucher, ITRF2000: A New Release of the International Terrestrial Reference Frame for Earth Science Applications, J. Geophys. Res., 107(10), 10.1029/2001JB000561, 2002.

* Altamimi, Z., P. Sillard, and C. Boucher, ITRF2000: From Theory to Implementation, V Hotine Marussi symposium, Matera, Italy, 2002.

* Altamimi, Z., C. Boucher and L. Duhem, The Worldwide Centimetric Terrestrial Reference Frame and its Associated Velocity Field, Adv. Space Res. 13, (11) 151- (11) 160, 1993.

* Argus, D. F., and R.G. Gordon, No-Net-Rotation Model of Current Plate Velocities Incorporating Plate Motion Model Nuvel-1, Geophys. Res. Lett. 18, 2038-2042, 1991.

* Boucher, C., Terrestrial coordinate systems and frames, in Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics, MacMillan, 2001.

* Boucher, C., Current Intercomparisons Between CTS's, in Reference Frames in Astronomy and Geophysics, edited by Kovalevsky, J., Mueller, I. I., and B. Kolaczek, 474 pp., Kluwer Academic Publisher, Dordrecht, 1989.

* Boucher C., and Z. Altamimi, Towards an improved realization of the BIH terrestrial frame, The MERIT/COTES Report on Earth Rotation and Reference Frames, Vol. 2, edited by I.I Mueller, OSU/DGS, Columbus, Ohio, USA 1985.

* Boucher C., and Z. Altamimi, Development of a Conventional Terrestrial Reference Frame, in Contributions of Space Geodesy to Geodynamics: Earth Dynamics, Geodyn. Ser., vol 24, edited by D.E. Smith & D.L. Turcotte, pp. 89-97, AGU, Washington D.C., 1993.

* Boucher C., and Z. Altamimi, International Terrestrial Reference Frame, GPS World 7, 71-74, 1996.

* DeMets, C., R. G. Gordon, D. F. Argus, and S. Stein, Current plate motions, J. Geophys. Res. 101, 425-478, 1990.

* DeMets, C., R. G. Gordon, D. F. Argus, and S. Stein, Effect of recent revisions of the geomagnetic reversal timescale on estimates of current plate motions, Geophys. Res. 21(20), 2191-2194, 1994.

* Kovalevsky, J., Mueller, I. I., and B. Kolaczek (Eds.), Reference Frames in Astronomy and Geophysics, 474 pp., Kluwer Academic Publisher, Dordrecht, 1989.

* Sillard, P., Z. Altamimi and C. Boucher, The ITRF96 realization and its associated Velocity field, 25, 3223-3226, 1998.

<table><caption>Table 4. Pôles relatifs des plaques tectoniques de l'ITRF2000</caption><thead><tr><th>Plaque</th><th>Φ(°N)</th><th>λ(°E)</th><th>Ωx</th><th>Ωy</th><th>Ωz</th><th>Ω</th><th>ΩN</th><th>ΔΩ</th><th>δΩ</th></tr></thead><tbody><tr><td colspan="10">PAR RAPPORT À LA PLAQUE PACIFIQUE</td></tr><tr><td>ANTA</td><td>65.688</td><td>-84.208</td><td>.000640</td><td>-.006305</td><td>.014029</td><td>.882</td><td>.870</td><td>.025</td><td>0.7</td></tr><tr><td>AUST</td><td>61.482</td><td>6.530</td><td>.008747</td><td>.001001</td><td>.016203</td><td>1.057</td><td>1.074</td><td>.054</td><td>4.9</td></tr><tr><td>AURA</td><td>63.118</td><td>-79.215</td><td>.001357</td><td>-.007126</td><td>.014309</td><td>.919</td><td>.859</td><td>.083</td><td>6.9</td></tr><tr><td>NOAM</td><td>50.488</td><td>-75.134</td><td>.002152</td><td>-.008107</td><td>.010171</td><td>.755</td><td>.749</td><td>.036</td><td>2.2</td></tr><tr><td>SOAM</td><td>-58.070</td><td>-85.633</td><td>-.000463</td><td>.006058</td><td>-.009749</td><td>.658</td><td>.637</td><td>.041</td><td>3.9</td></tr><tr><td colspan="10">PAR RAPPORT À LA PLAQUE NORD AMÉRICaine</td></tr><tr><td>EURA</td><td>73.032</td><td>128.99</td><td>-.000794</td><td>.000981</td><td>.004138</td><td>.248</td><td>.214</td><td>0.56</td><td>4.6</td></tr></tbody></table>

Ωx, Ωy et Ωz sont les composantes cartésiennes des pôles relatifs en radians par million d'années. Ω et ΩN sont respectivement les pôles de l'ITRF2000 et NUVEL-1A, en degrés par million d'années.

ΔΩ = |Ω - ΩN|. δΩ est la magnitude de la différence de vitesse en mm/an sur la surface de la Terre.
# Géodésie et Géodynamique

## GÉODÉSY AND GÉODYNAMICS

M. FEISSEL-VERNIER <sup>(1,2)</sup>, Z. ALTAMIMI <sup>(2)</sup>, M. AMALVICT <sup>(3)</sup>, V. BALLU <sup>(4)</sup>, R. BIANCALE <sup>(5)</sup>, A. BONNEVILLE <sup>(4)</sup>, C. BOUCHER <sup>(2,6)</sup>, E. CALAIS <sup>(7)</sup>, S. CALMANT <sup>(8)</sup>, J.F. CRÉTAUX <sup>(5)</sup>, M. DIAMENT <sup>(4)</sup>, P. EXERTIER <sup>(9)</sup>, N. FLORSCH <sup>(10)</sup>, A.-M. GONTIER <sup>(1)</sup>, M. GREFF <sup>(4)</sup>, J. HINDERER <sup>(3)</sup>, M. LLUBES <sup>(5)</sup>, F. MIGNARD <sup>(9)</sup>, J.-M. NOCQUET <sup>(2)</sup>, P. SILLARD <sup>(2)</sup>, B. SIMON <sup>(11)</sup>, G. WÖPPELMANN <sup>(12)</sup>

## ABSTRACT

The rapidly increasing accessibility of space geodetic techniques for use in geophysical investigations made it necessary to strongly develop interactions between geodesists and geophysicists. On the other hand, the global nature of the data and results requires an accurate control of the reference systems involved, which gave rise to closer collaboration with astronomers. A new research area was thus developed. Its interdisciplinary nature made it sometimes difficult to gain recognition among the existing classical categories. The French Institut National des Sciences de l'Univers (CNRS/INSU) created in 1999 an interdisciplinary research group (Groupement de Recherches, GDR) to develop and foster cross-discipline interactions aiming at the global metrology of the deforming rotating solid, fluid and gazeous Earth. The relevant research themes include the physics of space geodetic measures, the modelling and analysis techniques, vertical motions and references, theoretical and computational questions associated with the geocenter motions, unification of reference systems and frames, as well as standards for a high quality multi-techniques geodetic observing site. This research group is known as AGRET (Astrometry, geodynamics and reference systems).

The working method of AGRET includes special working groups (e.g. on geocenter problems) and annual three-day seminars (Paris, 1999, Grasse, 2000, Strasbourg, 2001, Toulouse, 2002), as well as the maintenance of a dedicated website to disseminate and give access to information from the different disciplines (http://lareg.ensg.ign.fr/AGRET). The seminars gathered 40 to 100 participants. Together with a special visiting program to help young researchers and PhD students visit other laboratories or scientific themes, they played a role in creating cross-discipline links.

To make known to a wider community its research domain, AGRET distributed the text hereafter,

which summarizes its specific challenges and needs. After a preamble, section 2 deals first with the scientific objectives: lithospheric motions and deformations, dynamical effects of the ocean and atmosphere, gravity field and sea level estimation, time and space references, earth rotation. Section 3 gives a panoramic description of the world's major programs in space geodesy, gravimetry, terrestrial and sea bottom geodesy, satellite altimetry and tide gauges, and of the french contributions in the data analyses. Section 4 outlines the French participation in the international projects and services, national networks, multi-technique geodetic sites, and campaigns.

## 1. PRÉAMBULE

L'accessibilité grandissante des techniques de géodésie spatiale au cours de la dernière décennie a permis, en France comme dans le reste du monde, le développement d'études de déformations crustales à l'aide de ces techniques. Le principal système utilisé est le GPS dont les usages scientifiques sont favorisés par des coûts d'achat et d'utilisation des récepteurs compatibles avec les budgets de recherche, l'existence d'un excellent service international dans le domaine, l'IGS, et l'accès à des logiciels de traitement de données développés et maintenus par quelques groupes universitaires de haut niveau. Les autres méthodes de la géodésie spatiale sont aussi utilisées pour des études géodynamiques locales ou globales, mais leur emploi moins aisé en réserve l'observation aux spécialistes de la technique : télémétrie par laser sur satellite artificiel (SLR) ou sur la Lune (LLR), méthodes radioélectriques DORIS (satellites artificiels) et VLBI (quasars) ; les logiciels disponibles pour le traitement de leurs données sont d'accessibilité et de niveau équivalents à ceux traitant le GPS. L'adoption de ces techniques par un milieu scientifique débordant largement leur milieu d'origine a entraîné la généralisation des études s'appuyant sur des mesures multidisciplinaires.

<footnote n="1"><sup>1</sup>Observatoire de Paris <sup>2</sup>Institut Géographique National</footnote>

<footnote n="3"><sup>3</sup>Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre de Strasbourg</footnote>

<footnote n="4"><sup>4</sup>Institut de Physique du Globe de Paris <sup>5</sup>Centre National d'Etudes Spatiales</footnote>

<footnote n="6"><sup>6</sup>Ministère de la Recherche et de la Technologie <sup>7</sup>Purdue University</footnote>

<footnote n="8"><sup>8</sup>Institut français de recherche scientifique pour le développement en coopération</footnote>

<footnote n="9"><sup>9</sup>Observatoire de la Côte d'Azur/CERGA <sup>10</sup>Université Pierre et Marie Curie</footnote>

<footnote n="11"><sup>11</sup>Service Hydrographique et Océanographique de la Marine <sup>12</sup>CLDG La Rochelle</footnote>
De son côté, depuis quelques années, la gravimétrie se
trouve dans une phase d'évolution rapide.

Le champ de pesanteur terrestre et ses variations à diffé-
rentes échelles spatiales et temporelles seront beaucoup
mieux connus dans les années à venir grâce aux progrès
spectaculaires de l'instrumentation terrestre et spatiale.
Entraînées par cette évolution, les méthodes de traitement,
d'analyse et de modélisation sont en plein bouleverse-
ment. Ces progrès ouvrent la voie aux études locales dans
les domaines de la volcanologie, de la surveillance des
zones tectoniquement actives, de l'hydrologie, comme
aux études globales pour la compréhension de la dyna-
mique interne du globe ou la caractérisation des mouve-
ments verticaux de la croûte terrestre.

Après avoir rappelé les enjeux scientifiques de l'observa-
tion à but géodynamique (chapitre 2), on dresse un
panorama des programmes internationaux et de la parti-
cipation française au niveau de l'analyse des observations
(chapitre 3). Enfin on décrit les différentes composantes
du dispositif national d'observation géodynamique : ob-
servatoires multi-techniques, réseaux permanents natio-
naux et internationaux, campagnes de mesures.

## 2. LES ENJEUX SCIENTIFIQUES DE L'OBSERVATION GÉODYNAMIQUE

Nous rappelons ci-après les principaux enjeux de la
recherche s'appuyant sur des observations géodyna-
miques globales permanentes par les techniques de géo-
désie spatiale (VLBI, GPS, SLR, DORIS), gravimétrie, maré-
graphie et autres. Ces enjeux s'articulent autour de
quelques grands thèmes : mouvements et déformations de
la lithosphère, effets dynamiques des enveloppes fluides
(océan, atmosphère), détermination du champ de pesan-
teur terrestre et du niveau des mers, rotation de la Terre,
référentiels d'espace et de temps.

2.1. MOUVEMENTS ET DÉFORMATIONS DE LA LITHOSPHÈRE

2.1.1. LES MOUVEMENTS HORIZONTAUX

Il s'agit de la mesure fine des déplacements des plaques
lithosphériques et de leurs déformations. Cet objectif est
fondamental car ces mesures permettent de contraindre
les modèles physiques de déformation de la Terre à diffé-
rentes échelles, depuis celle de la géodynamique globale
jusqu'à celle d'un séisme ou d'un volcan individuel par
exemple. Parmi les enjeux au cœur du débat scientifique
actuel, on peut citer :

- Validation des modèles cinématiques géologiques : les mesures géodésiques permettent des comparaisons de détail avec les modèles dérivés d'observations géologiques. On commence ainsi, par exemple, à mettre en évidence des variations temporelles récentes du mouvement des plaques lithosphériques.

- Vers un modèle de déformation global : grâce à la géo-
désie spatiale, on peut aujourd'hui dépasser la des-
cription de la cinématique lithosphérique en termes de
rotation de plaques rigides, en intégrant les déforma-
tions inter- et intra-plaques, ainsi que leurs variations

temporelles (voir l'exemple de l'Europe, figure 1).

- Cycle sismique et interactions entre failles actives :
  les mesures géodésiques permettent des avancées
  considérables dans la compréhension du cycle mise
  en charge/décharge de la croûte terrestre lié aux séis-
  mes en permettant de valider, à partir de données, des
  modèles de déformation élastiques et viscoélastiques.

- Suivi des stations de référence : les études géophysiques des déformations lithosphériques basées sur des mesures de géodésie spatiale dépendent de la connaissance des coordonnées et vitesses de déplacement des stations géodésiques servant à définir les référentiels géodésiques. Les stations des réseaux mondiaux utilisés pour cet objectif requièrent le même type de suivi pluridisciplinaire que pour l'étude des mouvements locaux. Ce sont d'ailleurs en partie les mêmes stations qui servent aux différentes études.

2.1.2. LES MOUVEMENTS VERTICAUX

L'étude des mouvements verticaux est plus difficile que celle des mouvements horizontaux, car leur amplitude est généralement inférieure d'un ou plusieurs ordres de grandeur. Elle est aussi plus complexe car, plus encore que l'étude des mouvements horizontaux, elle doit faire intervenir l'ensemble du milieu physique local et régional - terre solide, océan et eaux souterraines, atmosphère (voir ci-dessous). Les mouvements verticaux impliquent des phénomènes ayant différentes échelles temporelles, de quelques minutes à plusieurs siècles. Parmi les questions scientifiques dépendant de la connaissance des mouvements verticaux, 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. 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. A côté des techniques de positionnement, la gravimétrie intervient dans l'étude des mouvements et des déformations de la lithosphère. Elle couvre une gamme de fréquences très large, allant de la seconde à des périodes supérieures à l'année (mouvement du pôle et termes séculaires). La figure 2 donne schématiquement un exemple des phénomènes qui peuvent être étudiés par l'observation précise des variations temporelles de gravité.

2.2. EFFETS DYNAMIQUES DES ENVELOPPES FLUIDES (OCÉAN, ATMOSPHÈRE)

Le traitement de données de géodésie spatiale ou de gra-
vimétrie doit tenir compte de paramètres atmosphériques
et océaniques locaux et régionaux, et inversement, la com-
préhension des déplacements sub-centimétriques des sta-
tions d'observation sous l'action de ces couches fluides
exige d'en posséder une connaissance à la fois théorique
et pratique. L'interprétation pertinente des variations glo-
bales du niveau des mers mesurées par altimétrie spatiale
ou par les marégraphes requiert une interaction étroite
avec la géodésie spatiale. Dans tous les cas, le contexte
géophysique de chaque station d'observation est un élé-
ment essentiel aux études.
<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Fig. 1 - Vitesses de station (ITRF97) dans un référentiel "Europe stable".</figcaption></figure>

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Fig. 2 – Les phénomènes géophysiques affectant la gravité en surface</figcaption></figure>

### 2.2.1. LES SURCHARGES.

Les effets de surcharge sont actuellement au cœur du débat scientifique en géophysique et en géodésie car ils sont le reflet de processus de surface complexes, comme la circulation globale des couches fluides et les interactions atmosphère-hydrosphère-lithosphère. De plus leur modélisation est nécessaire dans le cadre des études de déformation crustale pour "nettoyer" le signal mesure de ces effets et permettre ainsi d'obtenir des informations sur les déformations séculaires de la planète.

Les phénomènes de surcharge résultent des déformations élastiques et de la redistribution des masses à l'intérieur de la Terre, induites par des variations spatio-temporelles des masses océaniques, atmosphériques, ou des eaux continentales. La surface terrestre réagit à ces excitations en se déformant avec un impact plus important sur les déformations verticales que sur les déformations horizontales (d'un facteur de l'ordre de 3), et à moyennes et grandes longueurs d'ondes (quelques centaines à quelques milliers de km). L'amplitude des effets de surcharge est de l'ordre de quelques millimètres à quelques centimètres. Elle dépend de la localisation de la station et présente une variabilité principalement diurne et saisonnière.

La modélisation des effets de surcharge est possible à condition de disposer d'une part d'un cadre théorique et, d'autre part, de modèles de répartition des charges (fondés sur la théorie ou sur des mesures) permettant de quantifier les phénomènes à l'origine des perturbations. Le cadre théorique est, en général, bien établi : le comportement de la croûte terrestre étant supposé purement élastique, sa réponse à l'action extérieure est calculée par convolution avec la fonction numérique décrivant le phénomène agissant. Or, ces phénomènes sont difficiles à caractériser. Les effets concernant essentiellement des harmoniques degrés inférieurs à environ 40, il est nécessaire de connaître les champs de pression, marée océanique, ou de distribution des eaux continentales à l'échelle globale et en continu dans le temps. Cette description n'étant généralement pas possible par des mesures directes, on a recours à des modèles globaux de ces phénomènes, modèles qui ne sont ni uniques, ni complètement validés, dans l'état actuel de nos connaissances. Les mesures géodésiques de surcharge doivent donc aussi permettre de valider ces modèles globaux. La figure 3 montre, à titre d'exemple, la surcharge observée par le gravimètre isolu lors de la campagne "Bretagne" de 1998 ainsi qu'une surcharge prédite à partir d'un modèle de marée (voir § 4.3.3).
<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Fig. 3 – Mesure de la variation diurne de gravité attribuée à la surcharge océanique (points) et variation prédite d'après le modèle (ligne continue).</figcaption></figure>

2.2.2. LA VAPEUR D'EAU ATMOSPHÉRIQUE.

La vapeur d'eau atmosphérique est le principal facteur limitant l'exactitude des systèmes de positionnement, en particulier pour la composante verticale, avec laquelle son effet est fortement corrélé dans les analyses. La prise en compte des erreurs liées à la propagation troposphérique est donc fondamentale pour améliorer l'exactitude des altitudes déterminées par les méthodes du positionnement géodésique. La réfractivité atmosphérique, qui induit des retards de propagation des signaux utilisés par la plupart des techniques de positionnement, dépend d'une composante humide (vapeur d'eau non en équilibre hydrostatique) très variable dans le temps et dans l'espace et difficile à mesurer directement comme à modéliser. Il a été démontré que la détermination du contenu en vapeur d'eau intégré par inversion des données d'observation GPS atteint des précisions comparables à celles de radiosondages (voir figure 4) et de radiomètres. Les observations permanentes permettent donc d'estimer directement la quantité de vapeur d'eau atmosphérique à partir des observables mesurées et donc de suivre l'évolution temporelle et spatiale de ce paramètre. Il y a là un enjeu fondamental car la vapeur d'eau joue un rôle crucial dans la dynamique météorologique et climatique, en y contrôlant en grande partie les transferts de matière et d'énergie. La connaissance de sa distribution, dans l'espace et dans le temps, est fondamentale pour la réalisation de prévisions météorologiques fiables. La vapeur d'eau est aussi un des gaz participant à l'effet de serre, la connaissance de son évolution à long terme est donc fondamentale pour comprendre les mécanismes du réchauffement global.

<caption>Fig. 4. Variations de la vapeur d'eau troposphérique mesurées par GPS sur le site permanent de St Jean des Vignes, près de Lyon (une mesure toutes les 15 minutes),</caption>

et une comparaison avec des mesures indépendantes réalisées par radiosondages (deux lancés par jour). L'accord entre les deux types de mesures est excellent, avec un biais inférieur à 1 kg/m² et un résidu moyen de l'ordre de 2 kg/m², ce qui valide la capacité du GPS à mesurer la vapeur d'eau troposphérique. On constate que le GPS détecte aussi une diminution générale de la quantité de vapeur d'eau entre les mois d'été, classiquement plus humides dans cette région, et ceux d'hiver.

2.3. DÉTERMINATION DU CHAMP DE PESANTEUR TERRESTRE ET DU NIVEAU DES MERS

2.3.1 CHAMP DE PESANTEUR TERRESTRE

La structure spatiale du champ de pesanteur témoigne des irrégularités de la structure interne du globe à différentes échelles de profondeurs ; la finesse d'interprétation est donc directement fonction de la résolution des modèles de champ disponibles, mais aussi de leur exactitude. D'un autre coté, les variations temporelles du champ de pesanteur sont directement liées aux redistributions de masses résultant des interactions entre la terre solide, les océans et l'atmosphère. Outre les applications géophysiques à caractère global, les modèles de champ de pesanteur à haute résolution spatio-temporelle constituent un maillon essentiel dans l'interprétation des mesures fournies par l'altimétrie spatiale. Cela est particulièrement important pour la connaissance précise de la circulation océanique et de sa variabilité.

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 GRIM5 (2000), qui est issu d'une longue coopération entre le Groupe de Recherche de Géodésie Spatiale (GRGS, Grasse, Paris, Toulouse) et le GeoForschungZentrum (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 laser de précision centimétrique depuis 10 à 15 ans, a permis une amélioration sensible de la connaissance des grandes longueurs d'onde du géoïde ainsi que des termes de marées océaniques.

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. le satellite GFZ-1 à 450 km, dont la couverture par la télémétrie n'atteint que quelques pour-cent), et par la mauvaise connaissance du freinage atmosphérique, qui est limitée par la difficulté à modéliser le comportement non stationnaire de la haute atmosphère terrestre. La mission CHAMP (à 470 km, mis en orbite en juillet 2000) et la future mission GRACE (à 450 km, lancement prévu en 2003), en délivrant des mesures accélérométriques avec

<figure><img src="image_13.png" /></figure>
un positionnement par GPS et par laser, apporteront une
connaissance du champ de gravité qui sera améliorée
d'un facteur 10 à la longueur d'onde de 1000 km. La qua-
lité des hauteurs du géoïde devrait ainsi passer de 40 à 10
cm en moyenne sur le globe.

Dans le domaine de la géodynamique, l'étude du mou-
vement de LAGEOS, observé depuis plus de 20 ans en
continu par la télémétrie laser, a pris une place considé-
rable. Aussi, parallèlement à l'amélioration des modèles
gravitationnels statiques et maréaux, des travaux ont été
réalisés pour améliorer la modélisation des forces non-
gravitationnelles qui agissent sur ce satellite, en particu-
lier celles liées à la ré-émission thermique. En parallèle,
l'analyse d'orbites à long terme a progressé, rendant pos-
sible la détermination des variations temporelles du
champ, séculaires et à très longues périodes. Ceci est un
point marquant pour l'avenir, car les missions de type
GRACE ou GOCE (horizon 2004) ne pourront pas déter-
miner les caractéristiques du champ aux grandes lon-
gueurs d'ondes spatiales avec une très bonne exactitude,
leur domaine de prédilection étant plutôt les structures à
petite échelle et leur variabilité.

2.3.2. ETUDE DU NIVEAU DES MERS

La détermination de l'élévation globale du niveau de la mer, question essentielle dans le cadre de l'étude des change- ments climatiques globaux, est possible soit par l'analyse des données marégraphiques, soit par l'utilisation de l'alti- métrie satellitaire. Les nombreux travaux déjà menés à par- tir des données des différents marégraphes existants, et qui indiquent une élévation du niveau de la mer de l'ordre de 2 mm/an, souffrent de deux principales limitations : d'une part, la répartition des marégraphes est très inégale malgré le développement du réseau international GLOSS et, d'au- tre part, la mesure marégraphique reste une mesure relati- ve du niveau de la mer, car l'instrument suit les mouve- ments verticaux de la croûte terrestre. Dans certains cas, rares, ces mouvements sont modélisables, par exemple le cas du rebond post-glaciaire, mais en général il n'existe pas de modèle prédictif des mouvements verticaux. Pour cor- riger ces effets, et obtenir ainsi une mesure absolue de la variation du niveau de la mer, il faut faire appel aux tech- niques de géodésie spatiale qui donnent accès, pour les plus précises d'entre elles, au déplacement vertical de la croûte. Les techniques GPS et DORIS, qui disposent tou- tes deux de réseaux de stations globaux, sont utilisées à cette fin depuis environ cinq ans.

Les résultats de la mission d'océanographie spatiale
TOPEX/Poséidon (lancée en 1992) sont sans précédent
dans les communautés océanographique, géophysique et
géodésique. La préparation de la mission d'océanographie
de nouvelle génération Jason-1 (lancé le 7 décembre
2001), puis son exploitation à partir de 2002 ont suscité
d'importants travaux dans la communauté. La contribu-
tion scientifique des équipes du CNES, du CERGA, de
l'Institut Géographique National (IGN) et du Service
Hydrographique et Océanographique de la Marine
(SHOM)) porte notamment 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'une nouvelle série de modèles de
champ de gravité à partir des données de l'accélérométrie
spatiale. De plus, la communauté a eu le souci de déve-
lopper un site géodésique fondamental en Corse, afin d'y
réaliser l'étalonnage des altimètres spatiaux.

Toutes les avancées sur la détermination du champ de gra-
vité et la modélisation d'orbite, qui sont utilisées en bonne
partie pour la détermination d'orbite des satellites océa-
nographiques, sont vérifiables à travers le succès de l'as-
similation des données dans les nouveaux modèles. La
qualité croissante de l'orbite du satellite TOPEX/Poséidon
entre 1992 et 1996, jusqu'à 2-3 cm aujourd'hui, et l'a-
mélioration induite de l'orbite des satellites ERS, consti-
tuent une véritable avancée. Il est vrai que ces résultats
sont surtout le reflet de la très bonne couverture de l'orbi-
te des satellites altimétriques par le système DORIS sur
TOPEX/Poséidon, sans oublier le système allemand
PRARE sur ERS-2.

2.4. RÉFÉRENTIELS D'ESPACE ET DE TEMPS, ROTATION DE LA TERRE

La question des référentiels d'espace et de temps est inti-
mement liée aux activités à finalité géodynamique. Ainsi,
la définition même du repère de référence terrestre inter-
national fait intervenir des concepts dynamiques aussi
bien pour son origine (en relation avec le géocentre) que
pour son champ de vitesses de stations associé (tectonique
des plaques, rebond post glaciaire). Sa maintenance s'ap-
puie sur des analyses globales faisant intervenir le même
type d'observations et d'analyses que les études de défor-
mation de la croûte. En retour, ces dernières permettent
de contrôler et d'enrichir le repère. La maintenance du
repère de référence céleste international repose sur le
VLBI, les mêmes observations fournissant aussi une contri-
bution fondamentale à la mesure de l'orientation de la
Terre et à la maintenance du repère de référence terrestre.
L'échelle du Temps Atomique International, référence
universelle indispensable à l'analyse correcte des obser-
vations dans le cadre de la relativité générale, est mainte-
nue grâce à des comparaisons d'horloges à distance inter-
continentale faisant appel aux techniques de la géodésie
spatiale utilisée pour les études de géodynamique et la
maintenance du repère de référence terrestre.

2.4.1. RÉFÉRENTIEL TERRESTRE ET CENTRE DE MASSE
DE LA TERRE

Pour l'étude des déformations de degré 1 de la Terre (dans
la décomposition en harmoniques sphériques des paramè-
tres), la théorie de la gravito-élasticité impose la conserva-
tion du centre de masse. La comparaison des variations de
degré 1 calculées avec celles qui sont observées par la géo-
désie spatiale n'est pas aisée, les géodésiens ne se repérant
pas dans un système lié à chaque instant au centre de
masse, et la sphère de référence initiale utilisée par les géo-
physiciens étant quelque peu fictive.

Dans le cadre du Groupement de Recherches AGRET, un
groupe de travail s'est mis en place, afin que les géodésiens
et les géophysiciens se mettent d'accord sur une définition,
et que les relations entre les différentes mesures et les repè-
res de la géophysique soient clairement identifiées. Un texte
intitulé "Le géocentre: concepts, définition et réalisation" a été établi. Nous en résumons ici les principaux points. Nous introduisons un Centre géométrique défini par les mesures. Dans cette référence géométrique que nous allons préciser, la position du centre de masse varie dans le temps. Etant donné un réseau de stations réparties à la surface de la Terre, l'analyse des observations par les méthodes dynamiques (ces méthodes reliant la position des stations de suivi aux trajectoires calculées par rapport au centre des masses) permet de réaliser un repère géométrique implicite par l'attribution de coordonnées explicites aux stations. Un réseau de stations représente un échantillonnage non uniforme de la surface terrestre. Il s'ensuit que la position de son barycentre diffère par une translation constante inconnue de celle du centre géométrique. Mais, pour un même réseau de stations, les variations temporelles de son barycentre sont identiques à celles du centre géométrique.

Le rattachement au centre de masse de ce repère géométrique implicite est obtenu en imposant, dans l'analyse, la nullité des coefficients de degré 1 dans la décomposition en harmoniques sphériques du potentiel gravitationnel. Nous recommandons d'appeler Géocentre ce centre géométrique défini par les mesures. On utilisera cette définition dans la suite.

L'ITRF 2000 (International Terrestrial Reference Frame) réalise, à partir des résultats des méthodes dynamiques, une origine O du système conventionnel qui est rattachée au centre de masse en annulant les coefficients de degré 1 du potentiel gravitationnel. On peut recommander aux géodésiens de se repérer par rapport à cette origine. Les géophysiciens travaillant dans une configuration initiale de référence non réalisable perdront une constante par rapport aux observations géodésiques. En conséquence, seules les variations temporelles du géocentre calculé et du géocentre réalisé pourront être comparées.

### 2.4.2. SURVEILLANCE ET EXTENSION DU RÉFÉRENTIEL TERRESTRE

L'ITRF (International Terrestrial Reference Frame, voir http://lareg.ensg.ign.fr/ITRF) matérialise le système de référence terrestre international (ITRS). Il est employé universellement dans les applications scientifiques et techniques, ce qui entraîne une obligation permanente d'amélioration, de densification et de liaison avec les systèmes spatiaux pour répondre aux besoins des utilisateurs. En géodynamique, il est le référentiel sous-jacent dans les études de déformation crustales. Sa maintenance et sa densification reposent sur les observations des stations mentionnées précédemment. La requête spécifique, indispensable à l'unification des résultats des différentes techniques d'observation, est l'existence de sites bien répartis sur la Terre, dans lesquels plusieurs des techniques sont exploitées en parallèle. Un aspect essentiel de l'exactitude de l'ITRF résulte de l'utilisation conjointe de l'ensemble des techniques de géodésie spatiale. Ainsi chaque technique apporte à l'ensemble ses point forts : la géométrie globale du réseau (DORIS), le rattachement au centre des masses de la Terre (laser), la densification (GPS), l'échelle du repère (laser, VLBI), la liaison

au référentiel inertiel (VLBI). La qualité de cette conjonction d'excellences repose entièrement sur le sous-réseau des sites équipés de plusieurs techniques. Le caractère exhaustif de l'ITRF en fait par ailleurs un outil exceptionnel d'investigation des mouvements actuels de l'ensemble des plaques tectoniques (voir figures 5 et 6). Un point de plus en plus important en géodésie est celui de la réalisation d'une référence verticale mondiale absolue et suffisamment stable. Tous les projets spatiaux des années à venir, qu'ils soient d'océanographie (niveau moyen des mers) ou de géophysique (champ de gravité et ses variations temporelles), requièrent en effet la réalisation d'un repère de référence terrestre dont l'évolution dans le temps soit maîtrisée au niveau de quelques millimètres voire mieux. Dans ce contexte et compte tenu des améliorations, qui portent à la fois sur les techniques et sur les modèles, les géodésiens ont développé des applications visant à mesurer les déformations verticales de la croûte terrestre sur des sites proches de l'océan et équipés de marégraphes. Car il est fondamental pour l'étude du niveau moyen des mers de distinguer clairement la part de soulèvement ou de subsidence de la croûte par rapport à celui du niveau des eaux.

### 2.4.3. MAINTENANCE DU RÉFÉRENTIEL CÉLESTE INTERNATIONAL (ICRF)

La maintenance de l'ICRF (http://hpiers.obspm.fr/icrs-pc), référentiel qui matérialise le système de référence céleste international (ICRS) s'appuie sur l'observation répétée par le réseau VLBI mondial de plusieurs centaines de radio-sources compactes extragalactiques. C'est le maintien permanent de la liaison à l'ICRF par ces observations qui rend possible l'unification de toutes les mesures globales de géodésie spatiale.

### 2.4.4. SURVEILLANCE DE LA ROTATION TERRESTRE

L'orientation de la Terre est la liaison permanente entre les repères de référence terrestre et céleste décrits ci-dessus. Le suivi de ses irrégularités permet d'établir des séries temporelles de mesures longues et denses nécessaires à la compréhension des phénomènes dynamiques globaux impliqués. La mesure permanente des irrégularités de la rotation et des mouvements du centre de gravité ouvre un champ important de recherche pour la modélisation d'un grand nombre d'influences dynamiques ou statiques des couches qui constituent la planète, depuis la graine solide jusqu'à l'atmosphère.

### 2.4.5. 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.
<figure><img src="image_14.png" /></figure>

Pour conclure ce chapitre, il convient d’insister sur l’in-
terdépendance étroite des enjeux scientifiques d’ordres
géophysique et géodésique mentionnés ci-dessus. Par
exemple, une meilleure compréhension du rôle des flui-
des environnant les stations de mesures est fondamentale

afin de pouvoir extraire un signal tectonique séculaire des
mesures de positionnement géodésique. Autre exemple,
la prise en compte des déformations crustales à toutes les
échelles spatiales et temporelles est fondamentale pour la
réalisation de référentiels géodésiques exacts.

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Fig. 5 – Le champ de vitesses horizontales du référentiel international ITRF2000</figcaption></figure>

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Fig. 6 – Le champ de vitesses verticales du référentiel international ITRF2000</figcaption></figure>
## 3. LES OBSERVATIONS GÉODYNAMIQUES ET LEUR ANALYSE

On entend par observations géodynamiques un ensemble de mesures dont l'analyse concourt à l'un ou l'autre des objectifs rappelés ci-dessus. L'analyse de premier niveau de ces mesures, en général très élaborée et coûteuse en moyens de calcul, est un élément fondamental du processus. On rappelle ci-après les caractéristiques principales du fonctionnement, telles que l'organisation des mesures et de leur analyse, les principaux résultats, les contributions nationales et internationales, les délais, etc.

### 3.1. GÉODÉSIE SPATIALE

La communauté française participe largement aux activités de recherche et d'exploitation des données des missions de géodésie spatiale, et au développement d'instruments, en obtenant des résultats reconnus et utilisés pour des interprétations en Sciences de la Terre, en apportant une technologie, mais aussi par une présence forte dans plusieurs campagnes et services internationaux. En effet, les réseaux sur lesquels s'appuient les différentes techniques spatiales ont un caractère global et mondial; ils sont gérés par des services internationaux. Les techniques se développant de manière indépendante, une coordination est nécessaire; sur le plan géodésique, il faut pouvoir comparer et, finalement, relier entre eux les repères pres à chacune des techniques. C'est le rôle de l'IERS (International Earth Rotation Service, http://www.iers.org), en tant que coordinateur, de fournir un système de référence unique. Les co-localisations d'instruments spatiaux, pas toujours aisées à réaliser sur le terrain, doivent être aussi nombreuses que possible.

La communauté française apporte ses compétences à la coopération européenne et internationale au sein de plusieurs organisations et services : le CSTG (Coordination of Space Techniques for Geodesy), l'IERS, l'IGS (International GPS Service, http://igscb.jpl.nasa.gov), l'IVS (International VLBI Service for geodesy and astrometry, http://ivscs.gsfc.nasa.gov), l'ILRS (International Laser Ranging Service, http://ilrs.gsfc.nasa.gov). Elle a notamment mis en place des sites nouveaux d'étalonnage des altimètres radar et de surveillance géodésique, respectivement en Corse, à Brest et à Tahiti. Enfin, last but not least, elle a installé et fait fonctionner le réseau orbitographique DORIS.

Les techniques spatiales utilisées par la géodésie sont décrites ci-dessous.

#### 3.1.1. DORIS

Le système DORIS (voir http://ids.cls.fr) est un système français, développé par le CNES en collaboration avec l'IGN et le GRGS pour la détermination précise de l'orbite de satellites bas, et en vue de nombreuses applications en orbitographie, 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 au delà de sa durée de vie nominale). A ce jour, six satellites ont embarqué des récepteurs DORIS : TOPEX/Poséidon (T/P) en 1992, SPOT-3 (1993-1996),

SPOT-4 (1998), puis Jason-1 (2001), SPOT-5 et ENVISAT (2002). Le système DORIS est un système ascendant : un réseau permanent de balises émet depuis le sol des signaux omnidirectionnels qui sont captés et stockés à bord du satellite, puis déchargés vers le centre de données au moment de son survol.

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, il est possible d'obtenir des précisions de positionnement de l'ordre de 1 à 2 cm à partir de plusieurs jours d'observation. L'ajout récent à la constellation des trois satellites embarquant des récepteurs plus performants et la mise en exploitation de balises de troisième génération apportent un surcroît de précision. Sur plusieurs années, il a été possible de déterminer les vitesses de déplacement de ces stations, dues au phénomène de la tectonique des plaques. Plusieurs contributions majeures ont été publiées sur ce sujet par les équipes françaises. De plus, les calculs de position de stations du réseau peuvent être obtenus de manière rapide, sous forme de séries temporelles mensuelles ou hebdomadaires.

#### 3.1.2. GPS ET GLONASS

Le système GPS est constitué d'une constellation de 24 satellites actifs placés à une altitude de 20 000 km, constellation maintenue par le département de la défense des Etats-Unis. Les satellites émettent des signaux codés, qui sont captés par des stations de mesure attachées aux objets matériels dont on veut connaître la position : satélite, véhicule terrestre et, dans le cas qui nous intéresse, stations fixes consacrées aux études de déformation de la croûte terrestre. L'analyse des observations géodynamiques s'effectue après collecte et stockage des données dans des centres de données mondiaux.

Le GPS présente un intérêt important pour l'IERS, qui utilise massivement ses résultats de localisation géodésique des stations pour la maintenance de l'ITRF et ses déterminations précises de la rotation terrestre. Le coût d'installation, de maintenance et d'exploitation du segment terrestre du GPS le rendent très compétitif. De plus l'IGN, en charge de l'installation et de la maintenance des balises du réseau français a pris soin de répartir les stations de manière relativement homogène sur le territoire tout en essayant de favoriser les co-localisations avec d'autres systèmes existants de géodésie spatiale.

Le GPS a aussi des applications pour la détermination de certains paramètres de l'atmosphère terrestre. Le contenu électronique de l'ionosphère peut être cartographié grâce à l'existence du réseau permanent de l'IGS. Le système GPS est capable d'estimer, au niveau centimétrique, le retard troposhérique lié au pourcentage d'humidité de l'atmosphère au voisinage de la station, permettant ainsi des applications en météorologie ou en climatologie.

En plus des systèmes DORIS et GPS, de nombreux groupes français se sont intéressés à l'utilisation du système militaire russe de navigation GLONASS. Ce système est très proche dans ses principes du système GPS. Une vingtaine de satellites placés sur des orbites, à des altitudes
d'environ 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 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 pérennité 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 applications géodésiques de précision : amélioration en terme de disponibilité, de fiabilité et d'exactitude. Afin de disposer d'un jeu de données de test obtenu pour un réseau mondial d'observations, une campagne internationale GLONASS a été lancée en 1998, suite aux recommandations de l'Association Internationale de Géodésie à Rio en 1997. Les résultats de cette campagne 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.

### 3.1.3. TÉLÉMÉTRIE PAR LASER

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 de satellites ou qui, dans le cas de la Lune, 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 présence d'un personnel spécialisé pour la mettre en œuvre au sol. La situation est un peu opposée à celle des techniques radioélectriques citées plus haut, qui sont de type «tous temps», très faciles d'utilisation sur le terrain et dont le coût majeur se trouve dans la technologie embarquée à bord des satellites. La télémétrie laser utilise des cibles spatiales ayant une durée de vie quasi infinie.

La télémétrie laser a beaucoup progressé ces dernières années en France et dans le réseau mondial. Dans ce contexte, la communauté française a participé à un renforcement de la coopération européenne pour comparer les mesures et les résultats entre eux. Elle participe aussi à un service international qui vient d'être mis sur pied, l'ILRS, qui s'est inspiré de ce qui se fait avec succès pour le GPS. Ce service 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, et des produits qui en découlent. Les centres d'analyse effectuent ainsi des contrôles de qualité des mesures dans des délais beaucoup plus courts qu'auparavant. La tenue régulière de réunions techniques et la publication de comptes rendus et de recommandations renforcent l'efficacité de cet effort commun international.

### 3.1.4. VLBI

Le VLBI (interférométrie à très longue base en ondes radio) repose sur l'observation du signal électromagnétique émis par des objets astronomiques extragalactiques (quasars pour la plupart) par une paire d'antennes. Les signaux recueillis sont recombinés ultérieurement dans un centre de calcul spécialisé (corrélateur). Le réseau international est constitué d'un ensemble d'antennes de diamètre entre 10 et 35 m pour la plupart, utilisées en interférométrie sur des bases de dimension continentale ou intercontinentale. Les sessions d'observation ont une durée de 24 heures. Une session comporte quelques milliers d'observations en bandes S et X, effectuées par cinq à dix stations (15 à 45 bases) sur quelques dizaines de radiosources extragalactiques. Chaque année, ce réseau collecte environ 150 000 observations sur 200 bases différentes.

Parmi les différentes techniques de la géodésie spatiale, le VLBI est la seule à être en mesure de déterminer l'orientation instantanée de la Terre dans l'espace inertiel. Il fournit aux techniques satellitaires les références que sont le Temps universel et les angles de précession-nutation. Il a une capacité inégalée de haute résolution temporelle sans perte d'exactitude. Les résultats principaux des analyses sont des séries de paramètres de la rotation de la Terre initialisées en 1980, et des référentiels terrestres et célestes, sous forme de résultats globaux (positions et vitesses de stations, coordonnées de radiosources extragalactiques), ou sous forme de séries temporelles de coordonnées des objets estimées pour chaque session.

### 3.1.5. MÉTROLOGIE DU TEMPS

Nous prendrons ici l'exemple du CERGA, un département de l'Observatoire de la Côte d'Azur qui abrite depuis 25 ans sur le site d'observation du Plateau de Calern un des trois centres astronomiques français participant à la métrologie du temps et des fréquences. Les deux autres sont le Laboratoire Primaire du Temps et des Fréquences à Paris et l'Observatoire de Besançon. Quatre activités du CERGA relèvent du thème métrologie du temps :

* Maintien d'une station horaire de qualité et participation au TAF/TAI avec comparaison d'horloges au moyen du GPS.

* Diffusion d'une échelle de temps uniforme et de fréquences étalonnées à l'ensemble des installations astronomiques du Plateau de Calern, avec des exigences de permanence et de stabilité pour la télémétrie laser.

* Transfert de temps aller-retour par voie radioélectrique au moyen des satellites de télécommunications (technique dite Two Ways).

* Transfert de temps par lien laser (T2L2) dans le cadre du projet ACES (Atomic Clock Ensemble in Space) qui devrait être embarqué sur la station spatiale internationale en 2005.

Le premier secteur relève d'un aspect de service au niveau français et requiert une très grande continuité dans la comparaison des horloges, la réception et l'émission des signaux de comparaisons. Le deuxième aspect est propre à l'organisation interne de l'Observatoire, mais il convient de noter que les expériences de télémétrie laser, en parti-
culier sur la Lune, nécessitent une stabilité de l'échelle de
temps sur quelques secondes de l'ordre de 10⁻¹², et ceci
en permanence.

La technique Two-Ways n'est pas nouvelle : émission et réception de signaux dans la bande K simultanément à partir d'une paire de stations qui utilisent la voie montante et descendante. L'intérêt de cette méthode, si elle peut atteindre un stade opérationnel fiable, sera de fournir au BIPM des comparaisons d'horloges participant au TAI de façon indépendante des comparaisons par GPS.

L'expérience T2L2 est basée sur la propagation d'impul-
sions lumineuses très brèves entre des horloges au sol et
une horloge placée en orbite autour de la Terre. Une sta-
tion de télémétrie laser tire en direction du satellite en
enregistrant l'instant de départ dans l'échelle du labora-
toire. L'équipement T2L2 placé à bord du satellite détec-
te et réfléchit l'impulsion lumineuse, et enregistre la date
d'arrivée dans l'échelle de l'horloge embarquée. Le signal
lumineux de retour est de nouveau daté au sol. Muni de
ces trois dates et de modèles de propagation on peut en
déduire le décalage entre l'horloge sol et l'horloge bord.
Une observation continue permet de comparer la marche
des deux oscillateurs et d'étudier la stabilité et l'exactitu-
de des horloges. Des observations coordonnées entre
deux sites permettent de comparer deux horloges distan-
tes de plusieurs milliers de kilomètres. Cette technique
optique doit permettre des transferts de temps avec une
exactitude de 60 ps et une stabilité de 10⁻¹⁶ sur 24 heures.

3.1.6. LES ANALYSES DE DONNÉES DE GÉODÉSIE SPATIALE
Un nombre important de centres d'analyse des différen-
tes techniques de la géodésie spatiale contribuent aux ser-
vices internationaux chargés de la maintenance des repè-
res de référence ainsi que de la surveillance de la rotation
de la Terre et de ses déformations, ou aux entreprises inter-
nationales de calcul du champ de pesanteur et d'océano-
graphie spatiale. Certains laboratoires développent et uti-
lisent des logiciels originaux, tels que les suivants :

- GINS (DORIS, télémétrie laser, GPS) :
  Toulouse, Grasse, Paris, Strasbourg

- CALTIM (DORIS et télémétrie laser) :
  Grasse

- CANEL/CODIOR (Orbites longues périodes) :
  Grasse

- GLORIA (VLBI) :
  Paris

- CAROLL (Télémétrie laser Lune) :
  Paris

D'autres utilisent des logiciels développés par ailleurs
(en Suisse ou aux Etats-Unis) pour traiter des données
d'observation, surtout GPS :

- BERNESE (GPS) :
  IGN, LGCA Chambéry, LGTS Montpellier

- GAMIT (GPS) :
  Géosciences Azur, ENS Paris, IGN,
  LGIT Grenoble, OMP Toulouse

- GIPSY :
  Géosciences Azur (GPS), IGN (DORIS)

La variété des logiciels utilisés et la variété des statuts d'u-
tilisation (développement, test, exploitation) sont propices
à la diversité des approches d'analyse et favorisent les
contacts internationaux. C'est une richesse à exploiter
dans le cadre de la coordination des activités nationales.
Les conséquences, à moyen et long terme, 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 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.

- L'étalonnage absolu de l'altimètre radar Jason-1 en 2002 est basée sur la station laser ultra mobile française (unique au monde), dont les performances en précision et en stabilité du biais sont au meilleur niveau international.

- Le transfert de temps par lien laser - expérience T2L2 -, dont les performances prévues pour le transfert entre deux 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.

- La démonstration de la disponibilité (fiabilité et certai-
  nement aussi pérennité) du réseau DORIS devrait à
  l'avenir être porteuse de projets scientifiques reliés à la
  géophysique et à l'océanographie, ainsi que d'interac-
  tions nouvelles avec l'industrie du spatial.

Par ailleurs, le rôle des équipes françaises dans les travaux internationaux sur l'usage global des techniques de géodésie spatiale et les systèmes de référence est loin d'être négligeable.

Les diverses participations sont rappelées ci-dessous.

- Centre de produit ICRF de l'IERS (Observatoire de Paris, http://hpiers.obspm.fr/icrs-pc);

- Centre de produit ITRF de l'IERS (IGN, http://lareg.ensg.ign.fr/ITRF);

- Centre de produit Rotation terrestre de l'IERS (Observatoire de Paris, http://hpiers.obspm.fr/eop-pc);

- Centres d'analyse de l'IERS (CNES, Observatoire de Paris, IGN), de l'IVS (Observatoire de Paris, Observatoire de Bordeaux); de l'ILRS (Observatoire de Paris);

- Coresponsable du programme GRIM de détermination du champ de potentiel terrestre (CNES).

3.2. GRAVIMÉTRIE

L'étude des variations spatiales du champ de pesanteur permet de caractériser la structure interne du globe à différentes échelles, d'étudier le comportement mécanique de la lithosphère, de caractériser la mise en place des structures océaniques et autres phénomènes planétaires. Leur connaissance est également fondamentale pour la détermination des géoïdes locaux précis.

Les études des variations temporelles de la pesanteur relè-
vent des marées terrestres et de la caractérisation des mou-
vements de masse et/ou des changements de densité dans
le sous-sol. Par exemple, en volcanologie, la gravimétrie
peut être utilisée pour détecter des variations temporelles
du champ de pesanteur et permet donc, associée à la
géodésie, de quantifier les mouvements de masse et les
changements de densité dans les structures. L'étude des
variations temporelles de la pesanteur contribue égale-
ment à la quantification des mouvements verticaux.

Depuis quelques années, la gravimétrie est entrée dans
une nouvelle phase d'évolution. Le champ de pesanteur
terrestre et ses variations à différentes échelles spatiales
seront beaucoup mieux connus dans les années à venir
grâce aux progrès spectaculaires des capteurs terrestres,
marins (voire de fond de mer), aéroportés et spatiaux.
Plusieurs constructeurs, comme GWR (gravimètres rela-
tifs cryogéniques), MicroG Solutions (gravimètres absolus)
ou Scintrex (microgravimètre relatif "automatique", utili-
sable également en fond de mer), développent depuis
quelques années de nouveaux instruments permettant de
mesurer les variations de la pesanteur avec des résolution
et des précisions croissantes. Les levés aériens se sont
généralisés. On s'intéresse à la mesure des éléments du
tenseur de gradiométrie du champ de pesanteur au moyen
d'accéléromètres (Bell Aerospace : gradiomètre embar-
quable et aéroportable). À une autre échelle, à la suite des
programmes d'altimétrie satellitaire (SEASAT, GEOSAT,
TOPEX-Poséidon, ERS), la cartographie globale du champ
de pesanteur et de ses variations dans le temps sera réali-
sée dans le courant de la prochaine décennie, grâce à des
missions spatiales en cours (CHAMP) ou décidées
(GRACE, GOCE). Parallèlement, les méthodes de géodé-
sie spatiale permettent d'obtenir des modèles numériques
de terrain de qualité et un positionnement rapide précis.

Ces progrès ont ouvert la voie de la gravimétrie temporel-
le à haute résolution, développée par exemple pour la vol-
canologie et la surveillance des zones tectoniquement
actives ou l'hydrologie. Les variations temporelles de la
pesanteur sont également un élément fondamental pour
la compréhension de la dynamique interne du globe, via
les analyses des marées, et pour la caractérisation des
mouvements verticaux de la croûte terrestre. Enfin, rap-
pelons que l'interprétation de la gravimétrie précise à
haute résolution nécessite la prise en compte de paramè-
tres annexes, par exemple le signal "environnemental" qui
peut, lui, dépendre d'une échelle globale.

Parallèlement au progrès rapide de la mesure gravimé-
trique, les méthodes de traitement et d'analyse sont natu-
rellement en plein bouleversement. Cela concerne par
exemple l'analyse combinée de données issues de diffé-
rents capteurs ayant des résolutions et des précisions très
différentes, l'inversion des anomalies, le traitement des
séries temporelles.

Plusieurs équipes françaises sont particulièrement actives
sur ces différents domaines. Elles sont au CNES, à l'IGN,
à l'IRD, à l'IPGP, à l'EOST, dans les Universités de
Montpellier, de la Rochelle, etc. Enfin, mentionnons que
la communauté nationale apporte un soutien actif au
Bureau Gravimétrique International basé à Toulouse
(http://bgi.cnes.fr).

3.3. GÉODÉSIE TERRESTRE ET NIVELLEMENT

La géodésie terrestre a constitué pendant très longtemps
l'unique support métrologique des études de déforma-
tions. Aujourd'hui encore, pour les déformations à très
courte longueur d'onde spatiale, la géodésie terrestre joue
un rôle prépondérant. Les techniques concernées sont le
nivellement de précision et les techniques de topométrie,
qui permettent de détecter des variations locales (sur
quelques dizaines à quelques centaines de mètres) avec
une résolution de bien meilleure qualité que les tech-
niques de géodésie spatiale. Par exemple, les niveaux
automatiques permettent d'atteindre des seuils de préci-
sion de 0.1 mm, là où le GPS ne permet d'atteindre que
5 mm au mieux sur des lignes de base de quelques dizai-
nes de mètres. Ces techniques sont aujourd'hui peu utili-
sées dans des expériences scientifiques et sont plutôt
réservées aux études de génie civil. Pourtant, l'analyse des
déformations à moyenne longueur d'onde serait avanta-
geusement complétée par l'observation simultanée des
courtes longueurs d'onde spatiales, de façon à contrôler
la stabilité locale d'un site d'observation. Il est probable
que dans l'avenir, une approche conjointe des techniques
prévaudra. En ce qui concerne les observatoires géodé-
siques, la surveillance systématique et continue de la sta-
bilité métrologique du site est essentielle pour garantir une
qualité d'observation ultime.

Dans les gammes de longueurs d'onde intéressant la géo-
physique (100 m à 100 km), si le nivellement apporte une
information nettement plus précise que les techniques de
géodésie spatiale, sa mise en œuvre est relativement lour-
de. En effet, pour effectuer un nivellement de qualité
scientifique, il est nécessaire de compléter la mesure de
dénivelée par la mesure de la gravité.

Pour la réalisation des système d'altitudes, le nivellement
demeure l'outil privilégié. Il souffre toutefois de la pré-
sence de systématismes dans les très grandes longueurs
d'ondes (à l'échelle d'un pays) qui limitent son utilisation.
L'analyse de ces systématismes pourrait à terme redonner
au nivellement ses lettres de noblesse scientifiques.

3.4. GÉODÉSIE DE FOND DE MER

La Terre est couverte aux deux tiers par des océans qui
masquent le fond de la mer vis à vis des ondes électro-
magnétiques utilisées classiquement à terre pour la géo-
désie. La mesure des déformations actives en milieu sous-
marin est un enjeu crucial pour répondre à nombre de
questions géodynamiques. Or, de nombreuses zones tec-
toniquement actives sont situées en milieu sous-marin. Il
est donc nécessaire de développer une géodésie de fond
de mer. La mesure géodésique de fond de mer associe
plusieurs technologies : capteurs de pression couplés à
des sondes thermiques et à des gravimètres pour la défor-
mation verticale, mesures acoustiques associées au posi-
tionnement par GPS de la bouée de surface pour la défor-
mation horizontale.

Nous présentons ici quelques exemples à des échelles dif-
férentes pour illustrer les objectifs poursuivis.
A l'échelle locale, mentionnons les volcans et les failles actives. De plus en plus, on s'aperçoit que les glissements de flancs de volcans sont des phénomènes courants dans la construction volcanique. Ces phénomènes peuvent être catastrophiques, soit en association avec de fortes érupsions (exemple du Mont Saint Helen), soit par les tsunamis qu'ils peuvent générer. Par ailleurs, il existe de nombreuses questions ouvertes concernant les déformations associées aux failles actives en mer (par exemple en Grèce ou en mer de Marmara).

A l'échelle de la plaque tectonique, plusieurs questions scientifiques nécessitent la mesure des déformations en mer : limites de plaques en extension ou en subduction, déformation intra-plaque, ou même mouvement global de la plaque, lorsque celle-ci est totalement immergée. A l'échelle de la planète, l'information sur les mouvements à long terme des fonds sous-marins, associée éventuellement à la mesure des variations du champ de pesanteur en fond de mer, sera un paramètre important dans l'interprétation des futures données satellitaires (variations temporelles du géoïde, etc).

Un objectif à long terme est l'implantation de réseaux géodésiques permanents en fond de mer qui pourront être réoccupés au cours des décennies futures, tout comme à terre le suivi de réseaux géodésiques établis parfois depuis plus d'un siècle apporte des contraintes sur les mouvements à long terme. Cet aspect du projet se situe dans une logique d'observatoire.

Une équipe pluri-laboratoires se met en place pour développer la géodésie de fond de mer en France (http://www.ipgp.jussieu.fr/inst/org/gravi/geofm/). Le CNRS a manifesté son intérêt pour cette thématique en recrutant récemment une chargée de recherche.

### 3.5. ALTIMÉTRIE SATELLITAIRE

Un domaine de recherche important pour l'avenir vise à la compréhension des relations Océans-Atmosphère, grâce à la mesure globale de la redistribution permanente de masses océaniques. La seule source d'observation globale précise est l'altimétrie satellitaire, mise en œuvre sur des durées de l'ordre de 20 ans et accompagnée par le suivi du référentiel terrestre par les systèmes spatiaux comme la télémétrie laser, DORIS et GPS.

Le projet Jason-1 (lancé en décembre 2001, http://www.jason.oceanobs.com), premier satellite de la filière océanographique Jason prévue par le CNES et la NASA, est la continuation d'un processus de surveillance de l'état des mers, engagé en collaboration par les Etats Unis et la France il y a plus de dix ans avec TOPEX/Poséidon, et poursuivi avec succès par la Mission Etendue TOPEX/Poséidon (TPEM). La mission étendue prolongera d'au moins six ans les séries chronologiques de données altimétriques exceptionnellement précises fournies par la mission T/P.

Jason-1 fournit des données de haute précision sur la topographie de la surface des mers, utilisées pour déterminer la circulation globale des océans et son influence sur le climat de la Terre. D'autres objectifs consistent à mesurer et interpréter les changements du niveau de la

mer à l'échelle globale et régionale, à enrichir les connaissances sur les marées océaniques à longue période et à observer la hauteur des vagues et la vitesse du vent pour les besoins de la météorologie marine. Les données Jason-1 seront aussi utilisées pour la géodésie, les recherches sur l'environnement côtier et les mers peu profondes, la circulation des mers fermées ou les mesures topographiques des eaux intérieures et des terres. La mission comporte la fourniture de données et de produits en temps quasi réel pour des activités opérationnelles, en météorologie marine et en océanographie, pour mieux prédire les états de mer, la circulation océanique et le climat.

L'étalonnage du radar altimètre embarqué a une importance critique dans toute mission spatiale altimétrique. Sa dérive éventuelle dans le temps, due à un vieillissement de l'électronique, ainsi que la dérive des instruments connexes (comme le radiomètre à vapeur d'eau) sont très préoccupantes pour l'étude de la variation séculaire du niveau des mers. Or, l'expérience de la mission TOPEX/Poséidon montre qu'il est absolument nécessaire de suivre cet étalonnage à un niveau de 1 mm/an sur plusieurs années. La mise en place et le maintien de sites d'étalonnage, comme celui de Corse, expériences géodésiques de niveau centimétrique en absolu, est un élément fondamental dans l'exploitation des missions d'océanographie.

### 3.6. MARÉGRAPHIE ET GÉODÉSIE

L'observation du niveau de la mer par la marégraphie connaît un regain d'intérêt remarquable depuis une quinzaine d'années. Pour s'en convaincre, et en dehors des arguments très médiatiques du type « écologique », il suffit de regarder le développement des réseaux scientifiques de marégraphie dans le monde comme le réseau mondial GLOSS, le réseau européen EOSS, le français ROSAME (resp. http://www.pol.ac.uk/psms/programmes/gloss.info.html, http://www.pol.ac.uk/psmsl/eoss/eoss.html, www.ompobs-mip.fr/omp/legos/francais/obs/rosame), ou encore, de considérer les réseaux nationaux. Il convient de remarquer cependant que les nouveaux besoins requièrent une observation géodésique complémentaire pour contrôler la stabilité de la référence des hauteur d'eau dans un référentiel terrestre mondial. C'est l'objet d'un thème scientifique national dans lequel le GDR AGRET prend une part active. Voir le site du SHOM pour ces activités :

(http://www.shom.fr/fr_page/fr_act_oceano/maree/maree14.htm). Dans le même temps le développement de l'altimétrie satellitaire avec les missions TOPEX/Poséidon, ERS-1 et ERS-2 a permis d'accéder à la mesure absolue des variations temporelles du niveau moyen de la mer, avec de plus l'avantage par rapport aux marégraphes de couvrir l'ensemble des océans. Cependant cette technique peut, elle aussi, souffrir de certaines limitations, en grande partie associées aux dérives instrumentales qui doivent donc impérativement être estimées lorsque le satellite est opérationnel. Pour cela il a été démontré dans des études récentes qu'une conjonction de l'ensemble des techniques (marégraphes, altimétrie satellitaire et positionne-
ment spatial GPS/DORIS) est devenue indispensable. Dans le cadre des missions récentes Jason-1 et ENVISAT cette problématique est plus que jamais d'actualité. La communauté scientifique impliquée dans ces études recommande donc fortement l'équipement du maximum de sites marégraphiques du réseau GLOSS par un, voire plusieurs systèmes de positionnement spatial. Jusqu'à présent le système GPS est apparu pour beaucoup comme la solution idéale. Cependant comme dans tous les problèmes de métrologie fine (ici on cherche à mesurer des mouvements verticaux de l'ordre du mm/an) l'expérience a souvent montré qu'il peut être trompeur de s'appuyer sur un seul système de mesure, surtout lorsque d'autres peuvent fournir la même précision de mesure.
Grâce à l'installation de stations GPS et/ou DORIS au voisinage de plusieurs dizaines de marégraphes dans le monde, on disposera d'une réelle robustesse des moyens de surveillance du niveau de la mer. L'objectif final est de déterminer la variation du niveau moyen de la mer avec une exactitude meilleure que le mm/an.

## 4. L'OBSERVATION GÉODYNAMIQUE EN FRANCE

Les études de déformation s'appuient sur des services internationaux qui produisent des quantités géodésiques, données de base pour la recherche. Ces services reposent sur des réseaux mondiaux permanents d'observation et des centres d'analyse de données d'un certain nombre de pays. La France participe aux réseaux d'observation et à l'analyse de données d'un certain nombre de ces services internationaux.

L'observation géodynamique prend aussi la forme de réseaux régionaux permanents pour la mesure des déplacements, ou de réseaux de répétition (mesure des positions à intervalle de temps régulier), principalement par la technique GPS. L'emprise de ces réseaux va de quelques kilomètres au millier de kilomètres. Une troisième forme de collecte de données d'observation se fait au moyen de campagnes, par exemple dans le cas de la gravimétrie et de l'étalonnage d'altimètres spatiaux. Dans le cas des campagnes comme dans celui des réseaux régionaux, les objectifs peuvent être soit le positionnement géodésique soit l'étude des déformations. La nature commune des mesures et de leur analyse permet souvent un échange de compétences et de données entre les groupes intéressés. On décrit ci-dessous un certain nombre de programmes soutenus dans divers contextes nationaux et internationaux par un certain nombre de nos établissements de tutelle, en mettant en avant les forces et les manques dans l'organisation et le fonctionnement. Du point de vue de l'organisation, elles peuvent se présenter sous plusieurs formes, chacune étant adaptée aux objectifs de recherche : observatoires multi-techniques, réseaux permanents globaux ou régionaux, campagnes d'observation.

### 4.1. OBSERVATOIRES GÉODYNAMIQUES MULTI-TECHNIQUES

Ces observatoires ont une histoire et des statuts assez différents. Du point de vue de leur activité, ils partagent tout

ou partie des caractéristiques énumérées ci-dessous.

**Au plan opérationnel :**

* l'appartenance à des réseaux internationaux permanents,

* la présence de stations d'observation permanentes de plusieurs techniques de géodésie spatiale (VLBI, GPS, SLR, DORIS),

* un programme de mesures gravimétriques régulières,

* le rattachement de marégraphes(s) voisins appartenant au réseau international GLOSS.

**Au plan administratif :**

* une infrastructure technique et administrative pérenne,

* du personnel technique (permanent ou renouvelable) affecté à la maintenance des stations et aux observations,

* (souvent) des cotutelles administratives et scientifiques multiples, dont les actions vis-à-vis de l'observatoire nécessitent une bonne coordination.

On décrit ci-après un certain nombre d'observatoires géodynamiques actuellement soutenus par les établissements de recherche français.

#### 4.1.1. GRASSE-CALERN
(http://wwwrc.obs-azur.fr/cerga/default.html)

En France, la télémétrie laser s'est développée dès le début des années 65. La mise en place en 1974 d'une station de poursuite de satellites munie d'un télescope de 1 m de diamètre à l'Observatoire de Calern, l'instrument ayant une très bonne réceptivité, a permis de contribuer très largement à la Géodynamique par des tirs sur les satellites géodésiques laser LAGEOS (1976) et Starlette (1975) et, plus récemment, sur le satellite océanographique TOPEX/Poséidon (1992), puis sur le satellite accélérométrique CHAMP. Les travaux liés aux développements et évolutions de cet instrument ont cristallisé très tôt un pôle de savoir-faire important dans un domaine de pointe. L'effort consenti par le CNES, l'INSU, le GRGS, l'IGN et l'Observatoire a été important pendant de nombreuses années. Ainsi, les différentes évolutions technologiques en phase avec les besoins de la communauté de géodésie spatiale, sur une période de 25 à 30 ans, ont permis d'améliorer la précision instrumentale interne de pratiquement trois ordres de grandeur (de 1 m à 1-2 mm) et d'augmenter considérablement la production de données. En outre, sur ce site, les autres techniques spatiales ont été implantées soit à titre permanent (le laser Lune, un récepteur GPS permanent à partir de 1995), soit à titre temporaire (une campagne VLBI en 1989, une balise DORIS lors de deux campagnes en 1992 et 1996, et le gravimètre absolu FG5 entre 1998 et 2001, lors de 6 campagnes).

Le site fait partie du réseau géodésique international de référence, à travers la présence de plusieurs instruments (techniques spatiales et géodynamique) de grande qualité dont les données parviennent régulièrement aux centres d'analyse mondiaux (ILRS, IGS). Ce site géodynamique prend une part de plus en plus grande à l'activité internationale dans le secteur du spatial, dont le dernier exemple est la participation à la campagne IGEX-98 d'observation de la constellation GLONASS (satellites russes de navigation et de positionnement).
Le site est en conséquence surveillé par des techniques
géodésiques et gravimétriques, dont l'objet est de décor-
rérer les signaux liés aux déplacements/déformations
locaux des signaux à caractères globaux (mouvement du
géocentre, effets de charge, ...). Par exemple, l'analyse
d'une série de visites du gravimètre absolu portable fran-
çais FG5 à Calern a permis de mettre en évidence une
diminution de g en été, de l'ordre de 6 µGals (1 µGal =
10⁻⁸ m.s⁻²), et un bruit de l'ordre de 2 µGals. Le calcul de
l'évolution éventuelle du positionnement vertical détermi-
né conjointement par la télémétrie laser et le système GPS
(récepteur permanent depuis 1995) est en cours.

Le site de Grasse-Calern, en altitude et pourtant proche de
la Méditerranée, offre une excellente opportunité pour
contribuer fortement aux études océanographiques en
Méditerranée. La co-localisation avec les autres techniques
de géodésie (laser-Lune, GPS, DORIS, VLBI, Gravimètre
absolu) fait ainsi du plateau de Calern un point géodésique
exceptionnel pour tous les travaux internationaux de la
géodésie de demain : avec des applications géodynam-
iques et océanographiques et des développements rela-
tifs à la métrologie et au transfert du temps. Pour toutes ces
raisons et compte tenu du vieillissement du système laser
de Grasse (unique en France mais âgé de 25 ans), la région
PACA ainsi que le CNES ont proposé l'amélioration de la
station laser fixe du CERGA, au niveau des infrastructures,
du laser, du télescope et de l'informatique pour les trois
prochaines années, de 2001 à 2004.

4.1.2. L'OBSERVATOIRE GÉODÉSIQUE DE TAHITI
(http://www.upf.fr/laser.html)

Situé sur le campus de l'Université de la Polynésie fran-
çaise à Punaauia, Tahiti, l'observatoire géodésique existe
depuis 1998. Une certaine pauvreté des points de réfé-
rence géodésiques dans l'hémisphère sud comparative-
ment à l'hémisphère nord, une position idéale au milieu
du Pacifique sud, ont fait naturellement de la Polynésie
française un candidat de choix pour devenir un point de
référence géodésique fondamentale. Les travaux de con-
struction ont été financés dans le cadre du Contrat de
Développement 1995-1998 signé entre l'Etat et le
Territoire de Polynésie française. L'observatoire est orga-
nisé autour de la station de poursuite par laser MOBLAS
8 qui en constitue le principal instrument et mobilise l'es-
sentiel des moyens humains et financiers. L'Université de
la Polynésie française (UPF) est maître d'œuvre du projet
en collaboration avec la NASA et le CNES. Un
Memorandum of Agreement fixe le cadre général de la
coopération autour de la station Laser pour les années
1997-2007. Les instruments des autres organismes sont
hébergés dans le cadre de conventions particulières.

Instruments installés

■ 1995 : DORIS (CNES-IGN) ;

■ 1996 : PRARE (CSR-University of Texas at Austin) ;

■ 1997 : GPS (CNES) - IGS ;

■ 1997 : station laser MOBLAS8 (NASA) - ILRS;

■ 2000 : GPS (NIMA = US National Imagery and Mapping Agency) ;

■ 1998 : ARGOS (CLS Argos) ;

■ 1999 : photomètre solaire CIMEL (NASA) (instrument non géodésique mais illustrant bien la politique d'accueil d'expériences pratiquée par l'observatoire).

Perspectives

■ 2001 : Amélioration du fonctionnement en routine de MOBLAS8 ;

■ Installation d'un GPS CNES sur le marégraphe dans le port de Papeete ;

■ Réitération des rattachements (IGN-NASA).

Au delà

■ gravimètre enregistreur ;

■ rattachement par un gravimètre absolu ;

■ remplacement de MOBLAS8 par SLR2000 programmée pour 2004 ;

■ projet d'installation d'une antenne VLBI.

4.1.3. AJACCIO, SITE D'ÉTALONNAGE DES ALTIMÈTRES SPATIAUX

L'étalonnage absolu d'un radar altimétrique a été utilisé
dans le passé pour ERS-1 à Venise (1991, Italie), Poséidon
à Lampedusa (1993, Italie), et TOPEX à Harvest (1993 à
2001, Californie). Ces expériences "classiques" se sont
révélées très lourdes à mettre en œuvre, compte tenu de
l'éloignement des sites et de la complexité due à la
concentration de plusieurs techniques : spatiale, géodé-
sique et marégraphique. Aujourd'hui, seul le maintien de
l'expérience d'Harvest sur une grande période de temps
a permis d'aboutir à un suivi régulier et permanent de l'é-
talonnage absolu, c'est-à-dire de la mesure du niveau
moyen de la mer par deux techniques dans le même sys-
tème de référence : l'altimétrie radar et l'orbitographie
d'une part, la géodésie et marégraphie d'autre part. Les
incertitudes fournies à court et long termes par plus de
200 cycles de données acquises sur ce site sont de l'ord-
re de quelques centimètres et de quelques mm/an respec-
tivement.

Compte tenu des différents critères, de précision et de
coût, il n'a pas été possible de choisir un site off-shore en
Méditerranée, du type d'une petite île ou d'une plate-
forme, très proche d'une trace ou d'un ensemble de tra-
ces de satellites altimétriques. On a choisi un double site
en Corse : à Aspretto (proche d'Ajaccio) pour l'installation
d'instruments de géodésie permanents, dont la station
laser ultra mobile à titre semi-permanent, ainsi qu'au Cap
de Sénétosa (Propriano, à 40 km au sud d'Ajaccio) pour
l'installation de marégraphes et de points géodésiques de
référence.

Le premier site est situé sur une base navale et a été équi-
pé en 1999 d'un récepteur GPS et d'un marégraphe côtier
numérique permanents, respectivement par l'Institut
Géographique National (IGN) et le Service
Hydrographique et Océanographique de la Marine
(SHOM). On a pu montrer, à l'aide de la station laser ultra
mobile utilisée pendant quatre mois sur ce site, en 1996-
97, qu'il convenait très bien à l'acquisition de mesures de
poursuite laser quasi zénithales sur T/P et ERS, en com-
plément de celles acquises par le réseau laser européen.
Nous avons montré aussi que l'usage de ce type de mesu-
res pouvait conduire à la diminution de l'erreur d'orbite radiale au niveau de 1 cm, et même mieux localement, grâce à une méthode géométrique d'ajustement par arcs courts basée sur les données de télémétrie laser. La station ultra mobile a été re-installée sur ce site pour la phase de validation de Jason-1. Le second site, au Cap de Sénétosa, est survolé exactement par le passage ascendant de T/P numéro 85 ; il est équipé de trois marégraphes à capteur de pression (ANDERRAA) installés par le CNES et l'OCA/CERGA depuis fin 1996. Il a été équipé d'une station météorologique en 1999.

Le double site d'Ajaccio et du Cap de Sénétosa en Corse est extrêmement intéressant, puisqu'il couvre une zone géographique qui s'étend largement en Méditerranée occidentale. Or, à côté de l'intérêt économique de la surveillance de cette zone; du point de vue scientifique, la Méditerranée occidentale est devenue une zone d'étonnage et d'expérimentation unique dans le monde, présentant un caractère de faible variabilité océanique en tant que mer quasi fermée. Les communautés scientifiques italienne et espagnole participent à ces expériences.

#### 4.1.4. BREST

L'importance scientifique de l'observatoire du niveau de la mer de Brest n'est plus à démontrer. Ses données allument depuis bien longtemps les études qui portent sur l'évolution séculaire récente du niveau des mers. La plus importante de ses séries temporelles de mesures remonte à 1806. Elle démarre sous l'impulsion de l'illustre Pierre Simon de Laplace et ne connaît que très peu de lacunes, faisant d'elle la plus dense au monde et l'une des plus longues dans le temps. Elle serait la plus longue si l'on arrirait à retrouver sa liaison aux séries de mesures plus anciennes réalisées au début et à la fin du 18e siècle...

La continuité et la qualité des observations du marégraphe de Brest sont la conséquence du soin et de l'intérêt apporté par le Service Hydrographique à cet observatoire. La station de Brest est un élément important du réseau mondial GLOSS. Elle est souvent citée comme modèle par les experts de la communauté internationale, notamment depuis que l'IGN a complété son instrumentation par un GPS permanent destiné à surveiller les mouvements verticaux qui affectent le marégraphe. L'observatoire est par ailleurs équipé d'une station météo performante fournie par Météo France. Il convient également de souligner que le SHOM a démarré en 1998 un programme de campagnes annuelles de mesures de gravimétrie absolue à Brest avec le soutien de la communauté nationale. Enfin, l'idée de réaliser des mesures avec le laser mobile est souvent évoquée avec espoir qu'elle se concrétisera prochainement.

#### 4.1.5. MARSEILLE

La France contribue à la composante « surveillance à long terme du niveau des mers » du programme mondial par deux stations séculaires, Brest et Marseille. La station de Marseille se trouve sous la responsabilité de l'IGN. Construit en 1884 pour définir l'origine des altitudes en France, le marégraphe démarre ses observations en février 1885. Il n'a cessé d'observer le niveau de la mer depuis, avec quelque rares interruptions pour entretiens ou réparations.

Il s'agit d'un appareil mécanique à flotteur unique au monde, de très grande qualité métrologique, qui demande des compétences de plus en plus rares aujourd'hui pour assurer son entretien.

En 1998, l'IGN décide de mettre à niveau l'observatoire suivant les critères de qualité GLOSS et installe un GPS permanent et un marégraphe moderne à ultrasons en parallèle avec l'ancien marégraphe. Le nouveau marégraphe permet une acquisition numérique à distance des valeurs, ainsi qu'un échantillonnage temporel élevé. L'observatoire est une structure solide ancrée directement sur le socle rocheux. Cette situation est jugée idéale selon les experts GLOSS pour surveiller directement les mouvements verticaux du marégraphe et, par suite, de les corriger de l'enregistrement du niveau de la mer du marégraphe. Des observations de gravimétrie absolue sont prévues.

#### 4.1.6. NOUMÉA

L'Observatoire Géodésique de Nouméa comprend actuellement une station GPS, une balise DORIS et une station PRARE. Ces instruments sont rattachés entre eux et au repère fondamental de l'observatoire marégraphique (lequel est en cours de renouvellement des instruments et de changement du site).

Le statut administratif et juridique de l'observatoire est flou. Il est établi sur un site prêté par FCR (filiale locale des Telecom). FCR ne souhaite pas qu'une convention soit établie pour ne pas s'engager sur une garantie de pérennité. La maintenance des instruments est assurée en partenariat par le Laboratoire de Géophysique de l'IRD à Nouméa et le Bureau de Géodésie et Nivellement de Nouvelle Calédonie. Le site présente de bonnes conditions de sécurité, d'alimentation électrique secourue et de stabilité géologique.

La station GPS est propriété de la Nouvelle Calédonie. La balise DORIS est propriété du CNES/IGN. La station PRARE est propriété du GFZ. La station GPS est intégrée au réseau IGS. Les stations DORIS et PRARE relèvent de leurs réseaux respectifs d'orbitographie. Les stations GPS et DORIS sont intégrées à l'ITRF. La Nouvelle Calédonie assure le fonctionnement de la station GPS. Le GFZ et le CNES/IGN ont financé l'installation de leur instruments. L'IRD assure le fonctionnement de la station PRARE et de la balise DORIS. Hormis le coût en personnel, ce fonctionnement représente un coût marginal.

Quatre autres stations GPS permanentes sont actuellement maintenues par l'IRD dans la région, deux en Nouvelle Calédonie et deux à Vanuatu. Des campagnes GPS de densification sont réalisées sur ces archipels environ une fois par an.

#### 4.1.7. FUTUNA

L'Observatoire de Futuna comprend actuellement une station GPS, une balise DORIS et une station sismologique large bande. La station GPS et la balise DORIS sont rattachées l'une à l'autre. Un réseau local GPS est réobservé annuellement.

L'observatoire est installé sur la concession de la Météo, sur une terrasse corallienne. Il présente donc de bonnes
garanties de stabilité. Cependant, la zone est sismique et des mouvements inter/co-sismiques sont possibles quoique un événement sismique significatif (en termes de déplacements en surface à proximité du site) soit peu probable à l'échelle de quelques dizaines d'années. La situation de l'île en bordure de la "warm pool" rend la mise en place d'un marégraphe particulièrement intéressante en terme de suivi du niveau marin.

### 4.1.8. L'OBSERVATOIRE GRAVIMÉTRIQUE DE STRASBOURG

L'Observatoire gravimétrique de Strasbourg effectue des mesures de variations relatives de gravité depuis plus de 12 ans à l'aide d'un gravimètre supraconducteur construit par GWR Instruments, San Diego, Californie, USA et qui est, à l'heure actuelle, l'instrument le plus précis en gravimétrie relative, rendant possible, par intégration sur des séries de quelques années, l'observation de très faibles signaux de l'ordre de quelques nanoGals (1 nanoGal = $10^{-11} m s^{-2}$ soit environ un pico-g = $10^{-12} g$, où g est la pesanteur moyenne de la Terre en surface). Le remplacement de l'instrument initial (modèle T005) en 1996 par un gravimètre modèle compact C026 permet de poursuivre actuellement cette série temporelle, et ce dans d'excellentes conditions. L'observatoire est l'une des stations du projet GGP (Global Geodynamics Project) du réseau international de gravimètres à supraconductivité qui est opérationnel depuis juillet 1997 (voir paragraphe 4.2.6).

Ces études des variations temporelles de gravité ont bénéficié également de l'arrivée à Strasbourg en 1997 du gravimètre absolu FG5 (Micro-g Solutions Inc.) dont l'observatoire assume la responsabilité sur le plan national. Les nombreuses séries de mesures en parallèle des deux instruments permettent de suivre de façon précise l'étonnage du gravimètre cryogénique et de connaître la dérive instrumentale à long terme de ce dernier.

L'installation d'un récepteur permanent GPS modèle Ashtech Z12 CGRS au site de l'Observatoire gravimétrique de Strasbourg a été effectuée en novembre 1999 et ce système de positionnement précis par satellites permettra de déterminer la contribution en déformation dans ces variations de gravité précédemment décrites. Notre station GPS fait partie du réseau RGP de l'IGN, de même que du réseau REGAL.

L'Observatoire gravimétrique de Strasbourg bénéficie d'une labélisation de l'INSU en tant qu'Observatoire Géophysique Global et jouit à ce titre d'un soutien financier permettant d'assurer le fonctionnement de cet Observatoire.

## 4.2. RÉSEAUX GLOBAUX ET RÉGIONAUX PERMANENTS

### 4.2.1. DORIS ET PARTICIPATION AUX RÉSEAUX IGS, ILRS ET IVS

On a vu que la création et l'entretien du réseau DORIS sont une entreprise commune du CNES et de l'IGN. Le CNES contribue au réseau de l'IGS par trois stations dans l'hémisphère sud (Tahiti, Afrique du Sud, Kerguelen). L'observatoire du plateau de Calern contribue au réseau de l'ILRS par ses stations laser satellite et laser Lune.

La participation des sites et stations français dans le réseau multi-techniques international est résumée de façon quantitative dans le tableau 1, tiré de l'analyse de l'ITRF2000. Cette analyse, effectuée au LAREG, reprend l'ensemble des jeux de coordonnées et vitesses de stations par VLBI (R), Laser Lune (M), GPS (P), Laser satellite (L), DORIS (D) (environ 800 stations dans environ 500 sites mondiaux, analysées par un total de 27 centres d'analyse de géodésie spatiale) déduits des programmes d'observation s'étant sur 10 à 20 ans. Le tableau donne, pour chaque station, la technique d'observation, le nombre de solutions disponibles pour cette technique, et l'erreur type des solutions individuelles par technique, en planimétrie et en vertical. On rappelle en fin de table les valeurs des erreurs types caractéristiques de chaque technique.

La France n'a actuellement aucune participation au réseau d'observation de l'IVS. Du fait de sa situation géographique, l'observatoire géodésique de Tahiti, qui est déjà équipé de stations laser, GPS et DORIS, serait un candidat privilégié pour l'installation d'une station VLBI. Le "manque" dans le Pacifique sud peut fournir une excellente occasion à la France d'intervenir au plus haut niveau dans un domaine où ses équipes de recherche se sont taillé une place plus qu'honorable, dans l'attente d'un accès direct à l'organisation des programmes d'observation.

Pour des raisons liées à la structuration de sa recherche en astronomie, en astrophysique et en géodésie spatiale, la communauté française n'a pas réussi, malgré des tentatives répétées au long des trois dernières décennies, à obtenir la mise en place d'une antenne de VLBI astrogéodésique. La figure 7 montre la situation réelle des bases observées dans plus de 6 sessions par an en 1999, et les bases qui seraient ajoutées par une station hypothétique à Tahiti. D'un point de vue quantitatif, le sous-réseau de pôle Tahiti augmente considérablement la couverture dans l'hémisphère sud, aussi bien en nombre de bases qu'en variété de longueurs et d'orientations. D'un point de vue qualitatif, l'amélioration est aussi très importante. En effet, du fait de l'implantation actuelle des stations, la géométrie du réseau souffre d'un déficit en bases ayant une longue composante dans la direction nord-sud, défaut qu'une station dans le Pacifique sud corrigerait sensiblement. L'Europe est aujourd'hui adéquatement présente dans le maillage observationnel global. Le rôle des équipes françaises dans les travaux internationaux sur le VLBI et les systèmes de référence est loin d'être négligeable. Ces groupes ont l'expérience de l'analyse des données et des résultats du VLBI. Ils sont tout à fait en mesure d'être parmi les premiers à exploiter les bénéfices scientifiques d'observations VLBI à Tahiti.
<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Fig. 7 –Le réseau international de VLBI astrogéodésique.</figcaption></figure>

Les bases constituant le réseau opérationnel sont tracées en brun ; les bases ajoutées au réseau par une station VLBI à Tahiti sont tracées en bleu.

4.2.2. LE RÉSEAU GPS PERMANENT (RGP)

Le Réseau de stations GPS Permanentes (RGP, http://lareg.ensg.ign.fr/RGP) est décrit en Annexe 1. Le RGP bénéficie des investissements d'un ensemble d'organismes et laboratoires. Il a été mis en place par l'IGN en 1998. Démarré sous la forme d'un projet pilote dans un cadre de recherche, ce réseau est aujourd'hui passé à un stade de production.

A ce jour, l'IGN gère huit stations GPS permanentes, archive et traite les données de 39 stations en France et en Europe. Les observations sont rapatriées à l'IGN, archivées sur CD-ROM et mises à la disposition des utilisateurs gratuitement sur un serveur ftp au format RINEX. L'ensemble du réseau est calculé par session de 24 heures. La position de chaque station est estimée à partir des observations de la semaine. Actuellement, trois ans et demi de traitement sont disponibles. Une solution spéciale est transmise au centre de combinaison européen EUREF, où la solution française est comparée aux autres solutions européennes. Le RGP est donc à la fois un centre de calcul EUREF et une densification nationale du réseau européen de stations permanentes.

Les stations permanentes sont utilisées comme stations d'appui pour les applications topographiques et géodésiques courantes. Ce réseau est aussi utilisé pour des besoins de navigation, en particulier pour le calcul et la

diffusion de corrections permettant un positionnement instantané avec une précision sub-métrique (DGPS). Des études sont en cours dans le but d'obtenir des précisions centimétriques en temps réel. Les usages scientifiques possibles du réseau concernent le suivi dynamique d'un référentiel terrestre (séries temporelles de positions), la mesure des déformations à plusieurs échelles de temps, la marégraphie, l'étude de l'atmosphère.

Les contraintes des utilisations scientifiques et appliquées sont différentes. Celles qui sont liées aux utilisations appliquées concernent la localisation des stations (proximité des agglomérations) et la transmission des données, tandis que celles qui sont liées aux utilisations scientifiques concernent essentiellement la qualité et la continuité des observations. Il est souhaitable qu'une structure de concertation existe, où les orientations de développement du RGP soient discutées avec l'ensemble des utilisateurs de ce réseau.

Les stations GPS permanentes sont appelées à se multiplier dans les prochaines années car d'une part les utilisations des données d'un réseau permanent se développent, et d'autre part le coût des stations permanentes ne cesse de diminuer. Il n'est pas envisageable de faire en sorte que toutes les stations installées en France répondent aux spécifications des utilisations scientifiques. Cependant il reste essentiel que les plus intéressantes d'entre elles puissent faire l'objet d'une exploitation scientifique.
<table><caption>TABLEAU 1 – QUALITÉ DU POSITIONNEMENT DES SITES ET STATIONS FRANÇAIS DANS L'ITRF2000</caption><thead><tr><th>STATION TECHNIQUE<br>NB SOL.</th><th>ERREUR TYPE (MM)<br>HORIZ. VERTIC.</th></tr></thead><tbody><tr><td colspan="2"><strong>Observatoires géodynamiques</strong></td></tr><tr><td>GRASSE</td><td>R 2</td><td>2.4</td><td>19.6</td></tr><tr><td>GRASSE</td><td>M 8</td><td>9.2</td><td>10.3</td></tr><tr><td>GRASSE</td><td>L 8</td><td>3.9</td><td>6.8</td></tr><tr><td>GRASSE</td><td>P 8</td><td>.5</td><td>.4</td></tr><tr><td>NOUMEA</td><td>P 4</td><td>2.6</td><td>5.2</td></tr><tr><td>NOUMEA</td><td>D 3</td><td>18.5</td><td>22.9</td></tr><tr><td>PAPEETE</td><td>L 8</td><td>11.1</td><td>11.5</td></tr><tr><td>PAPEETE</td><td>P 3</td><td>3.0</td><td>11.0</td></tr><tr><td>PAPEETE</td><td>D 3</td><td>17.7</td><td>22.8</td></tr><tr><td colspan="4"><strong>Réseau DORIS + IGS<br>(sites ou stations français)</strong></td></tr><tr><td>HARTEBEESTHOEK</td><td>D 3</td><td>8.2</td><td>9.1</td></tr><tr><td>HARTEBEESTHOEK</td><td>P 5</td><td>1.8</td><td>6.2</td></tr><tr><td>KERGUELEN</td><td>D 3</td><td>33.1</td><td>18.4</td></tr><tr><td>KERGUELEN</td><td>P 7</td><td>1.5</td><td>4.1</td></tr><tr><td>KOUROU</td><td>D 3</td><td>8.8</td><td>25.0</td></tr><tr><td>KOUROU</td><td>P 7</td><td>1.0</td><td>2.9</td></tr><tr><td>ILE DES PETR</td><td>D 3</td><td>15.2</td><td>20.8</td></tr><tr><td>ILE DES PETR</td><td>P 1</td><td>.7</td><td>2.2</td></tr><tr><td>LIBREVILLE</td><td>D 3</td><td>8.8</td><td>11.3</td></tr><tr><td>LIBREVILLE</td><td>P (pas de résultats)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TOULOUSE</td><td>D 3</td><td>7.6</td><td>30.7</td></tr><tr><td>TOULOUSE</td><td>P 7</td><td>.3</td><td>1.3</td></tr><tr><td>TOULOUSE</td><td>R 2</td><td>.4</td><td>24.1</td></tr><tr><td colspan="4"><strong>Réseau RGP</strong></td></tr><tr><td>AJACCIO</td><td>P 1</td><td>.4</td><td>2.3</td></tr><tr><td>BREST</td><td>P 2</td><td>.7</td><td>6.0</td></tr><tr><td>BREST</td><td>R 3</td><td>1.5</td><td>13.8</td></tr><tr><td>LE MANS</td><td>P 2</td><td>.5</td><td>4.8</td></tr><tr><td>MARNE LA VAL</td><td>P 1</td><td>.3</td><td>.4</td></tr><tr><td>MARSEILLE</td><td>P 3</td><td>.4</td><td>1.5</td></tr><tr><td colspan="4"><strong>Réseau REGAL</strong></td></tr><tr><td>CADARACHE-GI</td><td>P 2</td><td>.2</td><td>.3</td></tr><tr><td>CHATEL</td><td>P 1</td><td>.3</td><td>.1</td></tr><tr><td>LA FECLAZ</td><td>P 1</td><td>.3</td><td>.7</td></tr><tr><td>MODANE-AVRIE</td><td>P 2</td><td>.4</td><td>1.6</td></tr><tr><td>MONTPELLIER</td><td>P 2</td><td>.3</td><td>1.2</td></tr><tr><td>SAINT JEAN D</td><td>P 5</td><td>.7</td><td>.7</td></tr><tr><td>SAINT-MICHEL</td><td>P 2</td><td>.3</td><td>.7</td></tr></tbody></table>

<table><caption>VALEURS CARACTÉRISTIQUES PAR TECHNIQUE (MM)</caption><thead><tr><th>STATION TECHNIQUE<br>NB SOL.</th><th>ERREUR TYPE (MM)<br>HORIZ. VERTIC.</th></tr></thead><tbody><tr><td colspan="2"><strong>Réseau DORIS (autres sites)</strong></td></tr><tr><td>AMSTERDAM</td><td>D 3</td><td>26.8</td><td>9.6</td></tr><tr><td>AREQUIPA</td><td>D 3</td><td>12.4</td><td>32.9</td></tr><tr><td>ARLIT</td><td>D 3</td><td>11.4</td><td>9.4</td></tr><tr><td>ASCENSION</td><td>D 2</td><td>42.7</td><td>40.8</td></tr><tr><td>BADARY</td><td>D 3</td><td>15.6</td><td>11.9</td></tr><tr><td>CACHOEIRA</td><td>D 3</td><td>26.5</td><td>36.9</td></tr><tr><td>CANBERRA</td><td>D 3</td><td>14.4</td><td>14.4</td></tr><tr><td>CARIQUIMA</td><td>D 1</td><td>34.1</td><td>4.2</td></tr><tr><td>CHATHAM ISLAND</td><td>D 2</td><td>29.2</td><td>38.1</td></tr><tr><td>CIBINONG</td><td>D 3</td><td>19.7</td><td>33.8</td></tr><tr><td>COLOMBO</td><td>D 2</td><td>10.9</td><td>30.1</td></tr><tr><td>DAKAR</td><td>D 3</td><td>19.2</td><td>16.0</td></tr><tr><td>DIONYSOS</td><td>D 3</td><td>19.0</td><td>20.2</td></tr><tr><td>DJIBOUTI</td><td>D 3</td><td>18.5</td><td>7.7</td></tr><tr><td>EASTER ISLAND</td><td>D 3</td><td>13.7</td><td>24.1</td></tr><tr><td>EVEREST</td><td>D 3</td><td>23.5</td><td>21.6</td></tr><tr><td>FAIRBANKS</td><td>D 3</td><td>18.4</td><td>16.9</td></tr><tr><td>FLORES</td><td>D 1</td><td>7.0</td><td>1.6</td></tr><tr><td>GOLDSTONE</td><td>D 3</td><td>34.2</td><td>19.3</td></tr><tr><td>GUAM</td><td>D 3</td><td>29.7</td><td>30.0</td></tr><tr><td>HUAHINE</td><td>D 2</td><td>13.0</td><td>69.0</td></tr><tr><td>IQUIQUE</td><td>D 2</td><td>21.0</td><td>15.0</td></tr><tr><td>KAUAI</td><td>D 3</td><td>13.7</td><td>19.6</td></tr><tr><td>KITAB</td><td>D 3</td><td>17.4</td><td>9.9</td></tr><tr><td>KRASNOYARSK</td><td>D 2</td><td>10.5</td><td>42.5</td></tr><tr><td>LA REUNION</td><td>D 3</td><td>16.3</td><td>8.5</td></tr><tr><td>MANILLE</td><td>D 3</td><td>17.8</td><td>8.7</td></tr><tr><td>MARION ISLAND</td><td>D 3</td><td>7.5</td><td>20.2</td></tr><tr><td>METSAHOVI</td><td>D 3</td><td>21.7</td><td>13.6</td></tr><tr><td>MOUNT STROMLO</td><td>D 2</td><td>19.2</td><td>12.4</td></tr><tr><td>NY-ALESUND</td><td>D 3</td><td>18.0</td><td>18.5</td></tr><tr><td>ONTARIO-OTTAWA</td><td>D 3</td><td>12.7</td><td>9.6</td></tr><tr><td>PONTA DELGADA</td><td>D 2</td><td>17.1</td><td>10.3</td></tr><tr><td>PORT MORESBY</td><td>D 3</td><td>36.7</td><td>14.8</td></tr><tr><td>PURPLE MOUNT.</td><td>D 3</td><td>13.3</td><td>22.9</td></tr><tr><td>RAPA</td><td>D 3</td><td>11.5</td><td>19.4</td></tr><tr><td>REYKJAVIK</td><td>D 3</td><td>14.9</td><td>10.5</td></tr><tr><td>RICHMOND</td><td>D 3</td><td>20.2</td><td>68.0</td></tr><tr><td>RIO GRANDE</td><td>D 3</td><td>10.4</td><td>14.8</td></tr><tr><td>ROTHERA</td><td>D 3</td><td>6.0</td><td>21.5</td></tr><tr><td>SAINTE-HELENE</td><td>D 3</td><td>33.0</td><td>9.4</td></tr><tr><td>SAN CRISTOBAL</td><td>D 3</td><td>20.3</td><td>6.1</td></tr><tr><td>SANTA MARIA</td><td>D 3</td><td>20.0</td><td>15.3</td></tr><tr><td>SANTIAGO</td><td>D 2</td><td>16.7</td><td>11.6</td></tr><tr><td>SOCORRO ISLAND</td><td>D 2</td><td>10.4</td><td>26.8</td></tr><tr><td>SYOWA</td><td>D 3</td><td>9.6</td><td>20.7</td></tr><tr><td>TRISTAN DA C.</td><td>D 3</td><td>21.2</td><td>10.0</td></tr><tr><td>WALLIS</td><td>D 3</td><td>13.9</td><td>24.6</td></tr><tr><td>WANAHAM/ILE</td><td>D 3</td><td>19.0</td><td>34.2</td></tr><tr><td>YARRAGADEE</td><td>D 3</td><td>13.6</td><td>36.3</td></tr><tr><td>YELLOWKNIFE</td><td>D 3</td><td>18.3</td><td>24.1</td></tr><tr><td>YUZHNO-SAKHA.</td><td>D 2</td><td>5.6</td><td>14.9</td></tr></tbody></table>

<table><thead><tr><th rowspan="2"></th><th colspan="2">Horizontal</th><th colspan="2">Vertical</th></tr><tr><th>Min</th><th>Max</th><th>Min</th><th>Max</th></tr></thead><tbody><tr><td>Doris</td><td>27.8</td><td>33.6</td><td>0.8</td><td>20.9</td></tr><tr><td>GPS</td><td>1.0</td><td>4.4</td><td>2.6</td><td>7.4</td></tr><tr><td>VLBI</td><td>1.2</td><td>2.1</td><td>4.3</td><td>5.7</td></tr><tr><td>SLR</td><td>2.9</td><td>13.4</td><td>4.4</td><td>15.1</td></tr><tr><td>LLR</td><td colspan="2">50.8</td><td colspan="2">73.3</td></tr></tbody></table>
4.2.3. REGAL.

Le programme REGAL (Réseau GPS permanent dans les Alpes, voir http://kreiz.unice.fr/regal) est la fédération d'efforts de laboratoires de recherches universitaires et d'organismes dans le but d'équiper et de maintenir un parc de stations GPS permanentes opérant en continu sur le territoire national, pour des objectifs scientifiques géophysiques (terre solide et atmosphère) et géodésiques.

Les objectifs scientifiques sont les suivants :

■ Déformation crustale sur les principales structures actives

■ Déformation intra continentale lente

■ Troposphère

■ Géodésie, référentiels

■ Mouvements verticaux, surcharges, relations avec la gravité

■ Comparaisons inter techniques

■ Soutien aux campagnes et aux mesures semi-permanentes

Le réseau REGAL est propriétaire de quinze stations GPS permanentes (Le Chatel, Chize, Chateaurenard, La Feclaz, Cadarache, Joux, St Michel l'Observatoire, Modane, Montpellier, Nice, Le Sauvan, St Jean des Vignes, Sophia Antipolis, Strasbourg, Welschbruch). Il intègre en outre les stations d'Ajaccio et Marseille (RGP) et de Grasse (IGS/CNES). Six stations supplémentaires verront le jour en 2001 : Mont Aigoual (Cévennes), Aiguilles Rouges (Haute Savoie), Bure (Dévoluy), Queyras, Pyrénées, sud Toulouse. Le réseau REGAL adhère aux standards internationaux utilisés en matière d'équipement GPS, de choix des sites et de monumentation pour la mesure des déformations crustales. Les données sont enregistrées en continu, 24 heures sur 24, à la cadence de 30 secondes. Le réseau REGAL participe aux réseaux RGP et EUREF.

Les partenaires de REGAL sont :

■ en France : LGCA Chambéry, LGIT Grenoble, LGTS Montpellier, EOST Strasbourg, CLDG La Rochelle, OMP Toulouse, ENS Paris, CERGA Grasse, Géosciences Azur, IPSN, LDG/CEA, LAREG/IGN, CNRM/MétéoFrance ;

■ à l'étranger : Office Fédéral de Topographie de Berne, ETH Zürich, Université de Karlsruhe, Agence Spatiale Italienne, Université de Gênes, Institut Cartographique de Catalogne.

Le réseau REGAL est maintenu de manière décentralisée. Chaque laboratoire partenaire se charge de la maintenance de ses stations et de la récupération des données. La gestion des données des 18 stations REGAL actuellement opérationnelles est par contre centralisée à Géosciences Azur. Les données y sont quotidiennement formatées, contrôlées, archivées et mises à la disposition des utilisateurs en format RINEX avec un délai de 24 heures.

Un traitement de routine des données GPS REGAL est réalisé à Géosciences Azur à l'aide du logiciel GAMIT-GLOBK. Ce traitement fournit des séries temporelles de position des stations ainsi que des coordonnées et vitesse s rattachées à l'ITRF. L'ensemble de ces informations est mis à la disposition des utilisateurs sur le site web REGAL.

4.2.4. SONEL.

SONEL (http://sonel.ensg.ign.fr)

est un Système d'Observation du Niveau des Eaux Littorales qui s'appuie sur les techniques modernes d'observation de marégraphie et de géodésie spatiale. L'ambition du projet est d'organiser de manière raisonnée et rationnelle les ressources et les efforts nationaux pour mesurer le niveau de la mer en un ensemble d'observatoires côtiers, et de surveiller l'évolution de ce paramètre dans des référentiels local et mondial.

SONEL est d'abord un système informatique de collecte, de traitement, d'archivage et de diffusion de données et d'informations sur ces données, mesures ou résultats de traitements. Le système s'appuie essentiellement sur des stations ou des réseaux d'observation existants, souvent mis en place par des organismes pour d'autres applications que celles qui sont visées dans SONEL. Ces organismes peuvent trouver dans SONEL une diffusion et une valorisation complémentaires de leurs données, tout autant qu'un soutien et un retour scientifique et technique sur la qualité de leurs observations.

L'idée de SONEL a été proposée et soutenue par les deux organismes naturellement producteurs des types de données mentionnés, à savoir le SHOM et l'IGN. Bien qu'ils représentent une source importante de données, de nombreuses mesures et résultats sont produits par d'autres organismes comme les DDE, les Ports Autonomes, les laboratoires du CNRS ou de l'INSU. Il est important de regrouper et diffuser largement ces données, dont les valeurs historique et scientifique sont inestimables, et d'assurer leur pérennité par un archivage satisfaisant, que ces organismes négligent souvent parce qu'ils n'en ont pas la mission.

L'objectif de SONEL est aussi d'apporter une information de qualité et de mettre à la disposition des utilisateurs scientifiques des produits élaborés à partir de la synergie des données de marégraphie et des résultats de géodésie spatiale. C'est également de servir d'interface avec la communauté internationale, notamment dans les projets euro péens tels que EOSS ou EUVN, les programmes mondiaux tels que GLOSS, ou encore dans les échanges avec les centres de données internationaux tels que le PSMSL.

4.2.5 PARTICIPATION AU RÉSEAU GGP (GLOBAL GEODYNAMICS PROJECT)

Ce projet scientifique de l'UGGI, soutenu par le groupe SEDI (Study of the Earth's Deep Interior), consiste en un réseau mondial de gravimètres supraconducteurs (actuellement 17 instruments répartis en Europe, Amérique du Nord, Japon, Chine, Australie, Indonésie, Antarctique, Arctique, voir figure 8). Une première période d'observations communes de six ans a débuté le 1er juillet 1997 et il existe une base de données gérée à Bruxelles dans le cadre d'ICET (International Centre for Earth Tides) (cf. GGP Information System and Data Center, http://etggp.oma.be). Les CD-ROM des données des premières années (1997-1999) sont disponibles. On trouvera sur le site internet http://www.eas.slu.edu/GGP/ggphome.html une description complète du projet GGP.
Global Geodynamics Project, 1997-2003

Superconducting Gravimeters, July 1998

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>**Fig. 8 – Le réseau de gravimètres supraconducteurs GGP (Global Geodynamics Project)**</figcaption></figure>

## 4.3. CAMPAGNES D'OBSERVATION

### 4.3.1. CAMPAGNES D'OBSERVATION GPS.

#### Objectifs scientifiques et chantiers

Les observations par campagnes sont le mode opératoire classique d'acquisition de données GPS pour une grande variété d'objectifs scientifiques, avec, parmi les plus importants, la tectonique, dans des contextes cinématiques variés (subduction, extension, décrochement), la sismologie (interventions post-séismes), la volcanologie, les glissements de terrain, la glaciologie. Toutes ces applications requièrent la répétition des campagnes sur plusieurs années.

Les zones géographiques sur lesquelles interviennent les équipes françaises sont très variées. Parmi les plus importantes, on peut citer : le Chili, la Grèce (surtout Corinthe), la Chine, le Népal, l'Islande, l'Iran, la Mongolie, les Caraïbes, l'Indonésie, le Vietnam, la Birmanie, les Afars et, en France, les Alpes, les Pyrénées et le Fossé rhénan.

#### Tutelles et financements

**Le parc GPS INSU :** les campagnes GPS sont le plus souvent réalisées à l'aide de récepteurs empruntés au parc national INSU (http://www.ipgp.jussieu.fr/dept-sce/insu_gps).

Le parc INSU comprend actuellement 21 récepteurs bifréquences de qualité géodésique. Le parc est fortement sollicité et fonctionne en flux tendu pendant la majeure partie de l'année. Il est maintenu à l'IPG. En tant que parc national, il est financé à 100% par l'INSU (maintenance, remplacement d'équipement, augmentation du nombre d'instruments). Le parc INSU est utilisé régulièrement par une vingtaine d'équipes de recherche françaises.

**Les financements :** les campagnes GPS sont financées dans le cadre des programmes de l'INSU (par exemple Intérieur de la Terre, PNRN, PNTS), de Programmes Internationaux de Coopération Scientifique du CNRS (PICS), de programmes nationaux (Géofrance 3D), et de programmes spécifiques du Ministère de la Recherche. Les instruments du parc sont prioritairement réservés aux

campagnes financées de cette manière. D'autres campagnes sont financées pour tout ou partie par des programmes européens (DG XII, INTAS), dans le cadre de programmes OTAN (pour les pays éligibles) ou du Ministère des Affaires Etrangères. En France, certaines campagnes sont financées pour tout ou partie par des régions et/ou départements, en particulier dans le cadre d'agences comme par exemple le Pôle Grenoblois des Risques Naturels ou par des organismes, par exemple l'IPSN et le LDG.

#### Productions

Les campagnes d'observations GPS produisent tout d'abord des données brutes, qui resteront utilisables sur le long terme, pour peu qu'elles soient stockées sur des supports adéquats. Les équipes en charge des programmes scientifiques liés aux campagnes GPS réalisent généralement le traitement des données des campagnes GPS au retour de celles-ci et produisent des solutions géodésiques associées. La répétition des campagnes permet de produire des séries temporelles, dont on peut déduire un champ de vitesses et de déformations. Ces produits servent ensuite de base à l'interprétation géophysique et à la modélisation.

#### Personnel nécessaire

Les campagnes d'observations GPS sont réalisées par les personnels des laboratoires (chercheurs, ingénieurs, techniciens, étudiants), en collaboration avec du personnel des laboratoires partenaires lorsqu'il s'agit de campagnes à l'étranger. La réalisation de mesures GPS sur le terrain ne requiert pas de compétences particulières, même si la mise en station de l'antenne doit se faire avec un soin tout particulier.

#### Base de données

Il n'existe pas, à l'heure actuelle, de base de données regroupant l'ensemble des données GPS acquises par les équipes françaises. La gestion des données est laissée à l'entière responsabilité des équipes de recherche. Cette situation n'est pas critique car la communauté est essentiellement constituée de chercheurs relativement jeunes et généralement en bons termes. Il faut pourtant penser à l'avoir en, gardant en mémoire le fait qu'il est encore possible aujourd'hui de valoriser scientifiquement des données de triangulation du 19ème siècle archivées à l'IGN! Il est urgent de constituer une base de données GPS qui regrouperait les données acquises par les équipes françaises, au moins pour les campagnes financées par des moyens publics nationaux (Ministères, CNRS, INSU).

#### Financer les remesures

Tous les chercheurs impliqués dans les campagnes d'observations GPS convergent pour dire qu'il est très difficile de financer la répétition de campagnes de mesures. En effet, la durée d'observation nécessaire est supérieure à (1) les durées des projets telles qu'elles sont classiquement permises par les programmes (généralement un an, parfois, deux ans, au maximum trois ans), (2) la durée de vie de ces programmes (typiquement 3-5 ans). La plupart des
applications des observations GPS par campagnes requiè-
rent des observations sur 5 ans ou plus. Cinq ans cor-
respondent typiquement à un réseau qui serait mesuré
trois fois, ce qui est le minimum pour s'assurer d'un résul-
tat fiable, même dans les régions à forts taux de déforma-
tion. Pourtant, aucun programme ne s'engagerait actuel-
lement à financer trois campagnes sur cinq ans. Il est
important de faire comprendre qu'il ne suffit pas de finan-
cer une campagne sur un chantier donné, mais qu'il faut
obligatoirement en financer au moins deux autres sous
peine de perdre l'investissement initial et l'information
scientifique.

4.3.2. REMARQUES SUR LES CAMPAGNES D'ÉTALON-
NAGE D'ALTIMÈTRES SPATIAUX EN CORSE

La première difficulté rencontrée dans l'expérience d'éta-
lonnage (voir § 4.1.3.) est liée à l'évaluation de la pente
du géoïde sous la trace de l'altimètre au voisinage d'un
marégraphe installé sur une île de grande taille. Les mesu-
res altimétriques sont plus fortement perturbées à l'ap-
proche de la côte qu'elles ne le sont dans le cas d'une
plate-forme off-shore - autre choix d'implantation de sta-
tion d'étalonnage. D'une part l'altimètre ne voit plus exac-
tement un signal océanique pur, le spot éclairant en par-
tie les côtes, d'autre part le radiomètre à vapeur d'eau
embarqué, dont les mesures sont indispensables au calcul
de la correction de propagation du signal altimétrique
ensuivant un changement brutal de la valeur de
l'humidité. Pour ces raisons, la précision des mesures
altimétriques diminue fortement, passant de 3 cm à
5-7 cm, et l'on doit donc arrêter les mesures à environ
5-10 km du marégraphe. Or, la hauteur du géoïde peut
varier sur cette distance, en particulier en Corse où sa
pente peut atteindre quelques cm par km. En outre, il peut
y avoir sur cette même distance des effets océanogra-
phiques locaux qui introduisent momentanément des dis-
torsions dans les hauteurs de mer mesurées par les maré-
graphes et par l'altimètre.

La seconde difficulté provient de l'erreur d'orbite du satel-
lite altimétrique, et plus particulièrement de l'erreur radia-
le d'orbite constante au-dessus du site. Sans détermina-
tion géométrique d'orbite, cette erreur (provenant du
champ de gravité) est en effet indétectable dans les éphé-
mérides dynamiques précises fournies par le projet (CNES
et NASA). L'usage d'une station de télémétrie laser, sous
la trace de l'altimètre ou très proche, et rattachée à un
réseau global, est un moyen très puissant pour réduire l'er-
reur radiale d'orbite au moment des passages d'étalonna-
ge, à condition toutefois de connaître les coordonnées de
la station avec suffisamment de précision (de l'ordre de
5 mm sur l'altitude) et dans le même repère de référence
que celui utilisé pour le système spatial. Le site d'Aspretto
a été testé en 1996-97 grâce à une campagne probatoire
d'environ 4 mois impliquant la station laser ultra mobile.
La période de temps, relativement courte à l'échelle d'un
cycle de 10 jours, a impliqué relativement peu de passa-
ges d'étalonnage observés par la station laser. En outre,
l'étalonnage avait été affecté par la présence de systéma-
tismes (plusieurs cm) liés essentiellement à la méconnais-
sance du géoïde sur le site du Cap de Sénétosa. Pour ces

raisons, des campagnes géodésiques avec des bouées
équipées de récepteur GPS ont été réalisées en 1998,
1999 et 2000.

Après plusieurs expériences probatoires menées sur le site en Corse, les résultats sont aujourd'hui d'une cohérence de l'ordre de 1 cm dans le positionnement vertical des marégraphes et des points de référence. De plus, afin d'apporter un contrôle de la référence verticale, indépendant de la géodésie spatiale, un premier point gravimétrique a été réalisé en 1999 avec le gravimètre absolu portable FG5. Un second point est prévu courant 2001.

D'un autre côté, des efforts se sont également portés sur
la station laser ultra mobile et sur la réalisation en 2000
d'un plan d'amélioration de ses performances (datation,
chronométrie et détection) : une précision de quelques
mm, une exactitude de 5 à 10 mm, et une stabilité ou
dispersion des biais de 5 mm au plus. La station mobile
joue un rôle essentiel dans l'étalonnage de l'altimètre
Jason-1, en fournissant des mesures de distance à la verti-
cale de chaque passage altimétrique au dessus de la
région, soit tous les 10 jours.

4.3.3. CAMPAGNES DE GRAVIMÉTRIE

Des campagnes de mesures gravimétriques sont menées
par les équipes françaises pour une vaste palette d'objec-
tifs scientifiques.

On peut distinguer deux grands domaines :

■ Les études des variations spatiales du champ de pesan-
teur terrestre pour les applications géophysiques (struc-
ture interne du globe à différentes échelles) et géodé-
siques (détermination précise du géoïde).

■ Les études des variations temporelles du champ de pesanteur pour l'étude des mouvements verticaux, des marées terrestres, des surcharges, en volcanologie, technique, hydrologie, etc.

Dans un proche futur, des campagnes de mesures spécifiques en vue de l'étalonnage des capteurs spatiaux (CHAMP, GRACE et GOCE) ou de l'acquisition de données sol à intégrer avec les données spatiales dans des analyses combinées, seront également menées.

Les chantiers géographiques où interviennent les équipes
françaises sont très variés. On peut citer notamment, le
territoire métropolitain (Bretagne, Sud-Est), les volcans des
DOM-TOM, Djibouti, l'Iran, l'Indonésie. Outre les mesu-
res à terre, les équipes françaises réalisent des acquisitions
en mer (extension de la couverture spatiale) et dévelop-
pent des campagnes de mesures en fond de mer.

Pour réaliser ces campagnes la communauté peut actuel-
lement mettre en œuvre des instruments relatifs de terrains
et un instrument absolu.

Campagnes avec des instruments relatifs

La communauté gravimétrique française dispose de
quelques gravimètres relatifs à ressorts de type "microGal"
permettant à la fois la réalisation de levés sur le terrain et
l'acquisition de séries continues. Ces gravimètres, de type
Scintrex CG-3M, sont pour partie au sein d'un parc natio-
nal généré et maintenu par l'IPG Paris.

Le nombre restreint d'instruments ne permet pas de répon-
dre actuellement à toutes les demandes exprimées par les
équipes, notamment du fait de l'augmentation significati-
ve des besoins, pour des levés de haute résolution comme
pour des enregistrements en différentiel continus sur de
longues périodes. Rappelons que la réalisation de levés
de haute résolution avec des instruments à ressorts néces-
site des protocoles de mesure rigoureux (mesures simul-
tanées de paramètres annexes et nécessité d'avoir une
ligne d'étalonnage à proximité de la zone étudiée) et
l'utilisation simultanée d'au moins deux gravimètres.

Il est donc nécessaire de poursuivre l'effort en équipement
instrumental pour les mesures gravimétriques sur le ter-
rain, aussi bien pour les mesures de la pesanteur que pour
les mesures "annexes" : positionnement précis, météoro-
logie, etc. Cet effort devra tenir compte de l'évolution
instrumentale, en particulier des développements récents
de gravimètres absolus de terrain. Ces gravimètres abso-
lus de terrain, utilisés conjointement avec des gravimètres
relatifs à ressorts, permettront la réalisation de levés plus
précis et une amélioration significative des réseaux de
répétition temporelle.

Campagnes de gravimétrie absolue

La communauté gravimétrique française a acquis en 1996 un gravimètre absolu portable (modèle FG5 de Micro-g Solutions Inc., Colorado, USA, voir figure 9). L'INSU a désigné la station gravimétrique de Strasbourg comme site de base de cet instrument, ce qui rend l'EOST de Strasbourg responsable de cet outil national. C'est à ce titre qu'il met en œuvre les campagnes de gravimétrie absolue au profit des organismes et laboratoires de la communauté gravimétrique qui ont participé à l'acquisition du gravimètre absolu.

L'instrument est un gravimètre balistique. Son principe est basé sur la chute d'un corps dans le vide, la trajectoire étant déterminée par des mesures de position par interférométrie laser, et de temps à l'aide d'une horloge atomique. Il effectue une mesure absolue de la gravité g avec une précision de 1 µGal (ce qui représente 10⁻⁹ g). Une photographie de l'instrument en opération à Strasbourg est donnée figure 9. L'ensemble de l'équipement pèse environ 500 kg et peut être transporté en plusieurs caisses à l'aide d'une camionnette. En général, cet instrument mesure dans des conditions de type laboratoire mais il peut aussi mesurer en extérieur (sous tente) et en complète autonomie (groupe électrogène) comme cela a été le cas en Iran.

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Fig. 9. Gravimètre absolu FG5 modèle 206 dans son site d'accueil à Strasbourg</figcaption></figure>

Les objectifs scientifiques dans lesquels interviennent les
mesures du gravimètre absolu sont variés :

■ étude des variations temporelles de la gravité en divers lieux à partir de mesures répétées sur de longs intervalles de temps afin de mettre en évidence les mouvements verticaux et les transferts de masse ; applications à des problèmes de volcanisme, de tectonique, de géodésie (positionnement DORIS, GPS et VLBI) et de marégraphie (niveau moyen des mers et surcharges de marée océanique) ;

■ développement du réseau de bases gravimétriques absolues en France ;

■ établissement de lignes de base d'étalonnage pour micro gravimètres ;

■ participation au réseau gravimétrique mondial de bases IAGBN (A) et (B) ;

■ étalonnage des gravimètres relatifs portables et de gravimètres cryogéniques du réseau GGP (dont l'instrument français à Strasbourg).

En dehors des missions sur le terrain effectuées depuis
maintenant plus de trois ans à un rythme soutenu (en
moyenne plus de 100 jours hors site par an pour une
équipe composée d'un ingénieur et d'un scientifique), un
des intérêts des mesures répétées de gravité absolue au
site de base de Strasbourg est leur superposition avec les
mesures en continu du gravimètre supraconducteur, ce
qui permet de mener les recherches sur les variations tem-
porelles de gravité dans d'excellentes conditions.

Un bilan d'activités du gravimètre absolu portable FG5#206 pour la période 1997-2001 a été produit en novembre 2001 et peut être consulté sur le site Web de l'Observatoire Gravimétrique http://eost.ustrasbg.fr/obs-grav/Bilan_FG5/bilan.html. Parmi les missions effectuées, citons :

■ Sites français : Ajaccio (Base d'Aspretto), Brest (SHOM), Grasse (CERGA), Le Mans (ESGT), Orléans (BRGM), Sèvres (BIPM), Montpellier et Mont Aigoual (ISTEEM), Marseille, Nice, Dunkerque, Grenoble, Dumont d'Urville (IFRTP), Ile de La Réunion, Kerguelen ;

■ Sites européens : Wettzell et Bad Homburg (Allemagne), Dubrovnik et Osizek (Croatie), Josefoslaw (Pologne), Penc (Hongrie), Pecny (Tchéquie), Medicina et Trieste (Italie), Spitzberg (Norvège) ;

Autres sites : Table Mountain (Colorado), Mount Stromlo et Hobart (Australie), cinq sites en Iran, Sutherland (Afrique du Sud), cinq sites au Chili.

Chaque mission de mesures de gravimétrie absolue hors
site nécessite la participation de deux personnes : un ingé-
nieur responsable de la maîtrise technique de l'instrument
et un scientifique responsable de la mission. Dans certains
cas (mission lointaine de type IFRTP avec embarquement
sur bateau), les missions sont longues et peuvent entraîner
une absence continue de presque deux mois. De plus, le
rythme des missions est extrêmement soutenu et, s'il est
possible d'alterner actuellement entre deux scientifiques,
la partie technique ne repose que sur une seule personne.
Une des priorités est clairement l'obtention d'un autre
poste de technicien pour poursuivre dans de meilleures conditions cette activité en constant développement, comme le souligne d'ailleurs une motion adoptée lors de l'assemblée générale du CNFGG en février 2001

4.3.4. CAMPAGNES 1998 ET 1999 POUR LA MESURE DES SURCHARGES OCÉANIQUES EN BRETAGNE L'objectif de ces campagnes était d'étudier la modélisation de la surcharge océanique. Du point de vue géométrique, la surcharge concerne la flexion de la croûte sous le poids des marées océaniques, tandis que du point de vue dynamique, elle correspond à une variation de la gravité locale g qui intègre les effets de redistribution de masse et d'attraction Newtonienne. Elle atteint en Bretagne environ 20 cm crête à crête pour une variation concomitante de g de l'ordre de 400 nms⁻² (40 µGals). Vers l'intérieur des continents les valeurs observées sont inférieures d'un ordre de grandeur.

L'intérêt d'étudier les surcharges est multiple. En particulier, la surcharge résulte d'un processus intégrateur, qui, sur les zones côtières, permet la validation des modèles de marées à proximité du littoral. Ce point est à souligner en référence aux marégraphes qui ne donnent que des hauteurs d'eau ponctuelles ou aux résultats des méthodes d'altimétrie spatiale dont l'efficacité s'affaiblit au voisinage des côtes. Dans ce sens, la gravimétrie côtière - encre peu développée - peut aussi contribuer au processus d'assimilation pour les modèles de marées océaniques. Enfin, l'extraction du signal de surcharge peut servir à valider les algorithmes de traitements des signaux GPS.

Le Centre Littoral De Géophysique (CLDG - Université de La Rochelle) a mené ces expériences en collaboration avec le SHOM, le CERGA, l'ESGT, l'EOST et l'IGN. Un aspect essentiel de ces expériences repose sur la localisation d'instruments mis en œuvre : gravimètre relatif, gravimètre absolu et GPS.

L'ambition aujourd'hui est, tout d'abord, de mener une nouvelle campagne en allongeant le temps d'acquisition des GPS (qui n'ont été mis en œuvre, en réseau serré, que quelques jours). Par ailleurs, la modélisation des phénomènes inclinométriques montre que la mesure de ces signaux compléterait avantageusement les jeux de données acquis lors de ces colocalisations. En effet, pour l'instant, le rapport signal/bruit du seul signal géométrique disponible (GPS) est faible. On peut s'attendre à ce que l'inclinométrie - qui constitue une mesure géométrique indépendante des systèmes spatiaux - permette de mieux contraindre les modèles. Enfin, la station laser-satellite mobile en cours de mise au point au CERGA peut trouver là un atelier de validation pertinent. Par la suite, de nouvelles stratégies expérimentales pourront être envisagées.

Les difficultés rencontrées lors de ces expériences sont logistiques et financières, plus que techniques. En effet, ces campagnes reposent pour l'instant sur le volontariat de chacune des équipes qui s'y impliquent et ne sont pas prises en charge par des programmes existants. Le GDR AGRET constitue déjà une Agora qui permet les échanges entre les chercheurs concernés.

## 5. CONCLUSION : ASSURER L'AVENIR

L'une des raisons des difficultés rencontrées dans la poursuite de programmes reposant sur l'observation géodynamique provient de sa généralisation même, avec des actions ciblées engagées par de nombreux organismes, dont les missions sont diversifiées et les statuts assez différents les uns des autres. Cette diversité est illustrée par les appartements des auteurs de ce rapport : Observatoire de Paris, IGN, IPGP, CNES, UMR Géosciences Azur, OCA/CERGA, IRD, CLDG La Rochelle, EOST, SHOM.

Une autre difficulté résulte de l'échelle de temps caractéristique des problèmes étudiés. A la différence des études à échelle de temps géologique, la mesure directe - depuis peu très précise - et l'analyse des déformations à l'échelle de la fraction de siècle ne trouvent pas toujours leur place dans une programmation scientifique gérée par des comités de durée de vie inférieure à la demi décennie.

Enfin, ces programmes de recherche ont pour originalité de pouvoir faire usage d'observations et de méthodes de traitement que se partagent laboratoires scientifiques et organismes orientés vers la production et le service public. La valorisation mutuelle des deux types de potentiels ne se fait pas toujours spontanément.

Les thèmes de recherche suivants ont été recommandés par AGRET pour le soutien par les instances de recrutement des chercheurs :

- Atmosphère et mesures géodésiques

- Mouvements verticaux et surcharges

- Géodésie et niveau des mers

- Le champ de gravité terrestre et ses déformations dans le temps

- Métrologie des systèmes de référence d'espace et de temps

- Repères de référence et déformations crustales

- Intérieur de la Terre et géodésie

- Physique fondamentale

Un aspect essentiel de l'observation à objectifs géodynamiques est le maintien d'un personnel technique qualifié et expérimenté, pour la maintenance et l'exploitation des stations et réseaux permanents et des parcs d'instruments.

En ce qui concerne les stations, campagnes et réseaux d'observation, les conditions suivantes devraient prévaloir :

- pour les sites géodynamiques : un suivi observationnel multitechniques coordonné (géodésie spatiale, gravimétrie, marégraphie) ;

- pour les campagnes : la possibilité de programmation pluriannuelle ;

- pour tous les dispositifs : une infrastructure technique et administrative pérenne, du personnel technique affecté à la maintenance des stations et aux observations, une bonne coordination dans le cas de tutelles multiples.

- Les programmes d'observation et d'analyse à objectifs de production ou à objectifs scientifiques, tels que le RGP, REGAL, SONEL, ou encore les campagnes et
programmes géodynamiques en métropole, DOM-TOM et à l'étranger devraient bénéficier d'un effort de coordination plus net de la part des nombreuses instances concernées.

Enfin, considérant le rôle privilégié du site de Tahiti pour assurer une participation significative de la France à l'étude géodynamique du Pacifique sud et la maintenance des référentiels terrestre et céleste internationaux, il importe de renforcer de façon pérenne la situation de l'observatoire géodésique de Tahiti et d'utiliser toutes les possibilités de compléter son caractère pluridisciplinaire.

GLOSSAIRE

<table><tr><td>ACES</td><td>Atomic Clocks Ensemble in Space</td><td>ICET</td><td>International Earth Tides Center</td></tr><tr><td>AIG</td><td>Association Internat. de Géodésie</td><td>ICRF</td><td>International Celestial Reference Frame</td></tr><tr><td>BGI</td><td>Bureau Gravimétrique International</td><td>ICRS</td><td>International Celestial Reference System</td></tr><tr><td>BIPM</td><td>Bureau Internat. des Poids et Mesures</td><td>IERS</td><td>International Earth Rotation Service</td></tr><tr><td>BRGM</td><td>Bureau de Recherches Géologiques et Minières</td><td>IFRTP</td><td>Institu Français de Recherche dans les Terres Polaires</td></tr><tr><td>CERGA</td><td>Centre d'Études et de Recherches Géodynamiques et Astronomiques</td><td>IGN</td><td>Institut Géographique National</td></tr><tr><td>CLDG</td><td>Centre Littoral De Géophysique, Université de La Rochelle</td><td>IGS</td><td>International GPS Service</td></tr><tr><td>CNES</td><td>Centre National d'Études Spatiales</td><td>ILRS</td><td>International Laser Ranging Service</td></tr><tr><td>CNFGG</td><td>Comité National Français de Géodésie et de Géophysique</td><td>INSU</td><td>Institut National des Sciences de l'Univers</td></tr><tr><td>CNRM</td><td>Centre National de Recherches météorologiques</td><td>IPGP</td><td>Institut de Physique du Globe de Paris</td></tr><tr><td>CNRS</td><td>Centre National de la Recherche Scientifique</td><td>IPSN</td><td>Institut de Protection et de Sûreté Nucléaire</td></tr><tr><td>CSR</td><td>Center for Space Research, University of Texas at Austin</td><td>IRD</td><td>Institut français de recherche scientifique pour le développement en coopération (ex ORSTOM)</td></tr><tr><td>CSTG</td><td>Coordination of Space Techniques for Geodesy (Commission de l'AIG)</td><td>ITRF</td><td>International Terrestrial Reference Frame</td></tr><tr><td>DDE</td><td>Direction Départementale de l'Equipement</td><td>ITRS</td><td>International Terrestrial Reference System</td></tr><tr><td>DGPS</td><td>Differential GPS positioning</td><td>IVS</td><td>International VLBI Service for geodesy and astrometry</td></tr><tr><td>DORIS</td><td>Détermination d'Orbite et Radio positionnement Intégré par Satellite</td><td>LAREG</td><td>Laboratoire de Recherche de Géodésie de l'IGN</td></tr><tr><td>ENS</td><td>Ecole Normale Supérieure</td><td>LDG/CEA</td><td>Laboratoire de géodésie du CEA</td></tr><tr><td>EOSS</td><td>European Sea-level Observing System (COST Action 40)</td><td>LGT</td><td>Laboratoire de Géophysique et Tectonique, Montpellier</td></tr><tr><td>EOST</td><td>École et Observatoire des Sciences de la Terre de Strasbourg</td><td>LLR</td><td>Lunar Laser Ranging</td></tr><tr><td>EPN</td><td>EUREF Permanent Network</td><td>LPTF</td><td>Laboratoire Primaire du Temps et des Fréquences</td></tr><tr><td>ESGT</td><td>Ecole Supérieure des Géomètres et Topographes</td><td>MEN</td><td>Ministère de l'Éducation Nationale</td></tr><tr><td>EUREF</td><td>European Reference Frame</td><td>MOBLAS</td><td>Mobile Laser Ranging System (NASA)</td></tr><tr><td>EUVN</td><td>European Vertical Network</td><td>MRT</td><td>Ministère de la Recherche et de la Technologie</td></tr><tr><td>GDR</td><td>Groupement de Recherches</td><td>NASA</td><td>National Aeronautics and Space Administration</td></tr><tr><td>GFZ</td><td>GeoForschungZentrum</td><td>NIMA</td><td>National Imagery and Mapping Agency</td></tr><tr><td>GGP</td><td>Global Geodynamics Project</td><td>OCA</td><td>Observatoire de la Côte d'Azur</td></tr><tr><td>GLOSS</td><td>Global Sea Level Observing System</td><td>OMP</td><td>Observatoire Midi-Pyrénées</td></tr><tr><td>GPS</td><td>Global Positioning System</td><td>OP</td><td>Observatoire de Paris</td></tr><tr><td>GRGS</td><td>Groupe de Recherches de Géodésie Spatiale</td><td>OSU</td><td>Observatoire des Sciences de l'Univers</td></tr><tr><td>IAGBN</td><td>International Absolute Gravity Base-station Network</td><td>PACA</td><td>Région Provence Alpes Côte d'Azur</td></tr><tr><td></td><td></td><td>PICS</td><td>Programme International de Coopération Scientifique du CNRS</td></tr><tr><td></td><td></td><td>PNIT</td><td>Programme National Intérieur de la Terre</td></tr></table>
PNRN Programme National "Risques Naturels"

PNTS Programme National
de Télédétection Spatiale

PRARE Precise Range
and Range-rate Equipment

REGAL Réseau GPS permanent dans les Alpes

PSMSL Permanent Mean Sea Level Service

RFNP Réseau de Nivellement Français de Précision

RGF Réseau Géodésique Français

RGP Réseau GPS Permanent français

ROSAME Réseau d'Observation Sub-Antarctique
et Antarctique du niveau de la Mer

SAR Synthesis Aperture Radar

SDU CNRS/Dpt des Sciences de l'Univers

SEDI Study of the Earth's Deep Interior

SHOM Service Hydrographique
et Océanographique de la Marine

SIG Système d'Information Géographique

SLR Satellite Laser Ranging

SONEL Système d'Observation
du Niveau des Eaux Littorales

SPI CNRS/Dpt des Sciences Physiques
pour l'Ingénieur

SPM CNRS/Dpt des Sciences Physiques
et Mathématiques

SWT Science Working Group
de la mission TOPEX/Poseidon

T2L2 Transfert de Temps par Lien Laser

TAF Temps Atomique Français

TAI Temps Atomique International

TPEM TOPEX/Poseidon Extended Mission

UMR Unité Mixte de Recherche

UPF Université de la Polynésie française

VAT Volontaire Aide Technique

VLBI Very Long Baseline radio Interferometry
# Théorie du mouvement orbital moyen : bilan des développements et perspectives pour l'étude du champ de gravité

THEORY OF MEAN ORBITAL MOTION: RESULTS AND PROSPECTS FOR THE GRAVITY FIELD STUDIES

F. DELEFLIE¹, P. EXERTIER¹, G. METRIS¹, S. BRUINSMA²,
O. LAURAIN¹, PHILIPPE BERIO¹, FRANÇOIS BARLIER¹

¹ Observatoire de la Côte d'Azur - CERGA/GRGS
Av. N. Copernic F-06130 GRASSE
http://wwwrcobs-azur.fr/cerga/gmc

² Observatoire Midi-Pyrénées OMP/GRGS
Av. E. Belin, F-31400 TOULOUSE

## ABSTRACT

A satellite is a detector of forces existing in the Earth environment. Its trajectory depends on the initial values of its position and velocity and also on all forces, gravitational or not, acting on this satellite. Conversely, the knowledge and the determination of this trajectory allow to determine these forces. Some of them are extremely small compared to others, but if they have a cumulative effect on orbital parameters, they can be detected on very long arcs. Therefore, the idea was to determine an orbit not over a few revolutions but over 1000, or 10,000 or even 1,000,000 revolutions. Our method is based on the notion of mean motion: in order to remove the influence of the rapid variable of the satellite, averaged equations of dynamics are deduced from the osculating ones thanks to an analytical transformation realized once for all; these averaged equations are then integrated in a numerical way.

New developments have been achieved since a few years to improve the theory of mean motion of artificial satellites: in particular, singularities with eccentricity have been removed from the averaged equations of dynamics, and therefore it is now possible to compute mean circular orbits, and in particular mean orbits of most of geodetic satellites. These developments have been built in CODIOR, the software dedicated to the study of long period effects on orbits. Thus, the theory of mean motion can now be applied to various kinds of orbits, leading to the two main fields of applications of orbitography over large time scales. The first one is the analysis of a trajectory over the whole duration of a mission, on the basis of given initial conditions. The second field is the adjustment of specific geodynamical parameters which produce on the orbits, for example, small but cumulative effects. In both cases, the CODIOR software takes into account the observations tracked by the different techniques of spatial geodesy, and in particular those tracked by the SLR network or by the GPS constellation.

In this paper, we draw an assessment of the results in geodynamics and in orbitography. We mention also the possible future developments of the method: specific studies concerning high eccentricities, the space debris monitoring, or use of the method for satellites in orbits around other planets in the solar system. Among the mentioned examples, an arc of STAR-LETTE has been computed over more than 18 years, with only one air drag scale factor, equal to 1,018145. The value of mean residual on the semi-major axis is 1 meter, with a corresponding amplitude of the signal to be modelled of 550 meters.

At a much lower altitude, 450 kilometers, the orbit of the CHAMP satellite has been determined with a single long arc of 200 days. In spite of a lot of maneuvers, we show that it possible to define a mean orbit, and to determine for some periods of 20 or 30 days the mean characteristics of the non gravitational accelerations. As a result, we compare them to the measurements performed by the STAR accelerometer. The theory of mean motion has also been used in a geodynamical context: for example, the amplitude of the 18.6 year tide has been adjusted on the basis of an analysis of the mean motion of LAGEOS, amplitude which is equivalent to 1,64 cm of water. We show that, thanks to this long period approach over a period of 20 years, the influence of the 18.6 year tide can be separated from that of the secular variation of J2. From a larger point of view, the method permits to adjust geodynamical parameters which produce on orbits long period effects: static zonal part of the gravity field, and also the part varying with time corresponding to phenomena with a characteristic period longer than about 6 months.
# 1. INTRODUCTION

Un nouveau pas a été franchi depuis quelques années dans la méthode de centrage, méthode qui repose sur la théorie du mouvement orbital moyen. Le modèle de forces moyennes a été enrichi, et surtout, les orbites quasi-circulaires, très fréquentes dans l'environnement terrestre, peuvent désormais être gérées dans la chaîne informatique qui met en œuvre cette théorie. Ces derniers développements trouvent des applications dans les deux domaines liés à l'orbitographie sur le long terme : l'analyse d'une trajetotoire sur l'ensemble de la durée de vie d'une mission spatiale, et l'estimation de paramètres géodynamiques qui produisent sur les orbites des effets à longues périodes.

C'est dans un cadre de mécanique céleste qu'il faut se placer pour développer la théorie du mouvement orbital moyen en géodésie spatiale. Il s'agit de développer une méthode tout à fait originale permettant d'étudier l'espace de façon dynamique sur des périodes de temps très importantes, typiquement de l'ordre de 10 ans voire plus.

La géodésie spatiale, depuis l'avènement des calculateurs rapides, s'est beaucoup concentrée sur l'utilisation de l'intégration numérique des équations du mouvement, essentiellement pour des raisons de facilité de mise en œuvre. En tant que telle, cette technique, appliquée aux mouvements des satellites artificiels a relativement peu progressé depuis une dizaine d'années (Balmino et Barriot, 1990), à l'inverse des modèles qui ont très fortement bénéficié de l'accumulation de données issues des techniques spatiales (Exertier et Métris, 2000). Le calcul d'orbite utilisant des techniques purement numériques s'est "spécialisé" sur le court terme : les arcs d'orbite ont une durée typique de l'ordre de quelques jours ou de quelques dizaines de jours, ce qui correspond à une centaine de révolutions du satellite autour du corps central. Le résultat est une précision extrême des arcs, de 1 centimètre (pour les satellites les plus élevés) à 10 centimètres (pour les plus bas) en moyenne. Ce niveau de précision permet d'estimer de nombreux paramètres globaux de la géodynamique, grâce à des analyses de sensibilités des mouvements orbitaux à ces paramètres (Yoder et al., 1983). La contrepartie est une difficulté certaine de ces techniques à reconstruire des mouvements orbitaux, et donc une dynamique, sur des périodes de temps longues, notamment en raison des problèmes liés aux algorithmes d'intégration numérique, à la forte limitation des modèles non gravitationnels, et enfin à la très grande diversité de nature des mesures disponibles.

Il y a de nombreuses raisons et objectifs qui nécessitent pourtant des approches, en dynamique spatiale, capables de s'affranchir ou plutôt de reculer les problèmes de divergence des méthodes classiques dans le temps. Par exemple, les variations temporelles à grande échelle spatiale du champ de gravité de la Terre sont reliés aux grands transports de masses très lents des trois composantes de

notre planète que sont la terre solide, les océans et l'atmosphère (voir par exemple (Chao et Eanes, 1995) ou (Cheng et Tapley, 1999) ou encore (Exertier, 1994)). D'une façon plus générale, l'analyse par inversion d'un mouvement continu dans le temps est a priori d'autant plus pertinente que la période de temps de l'investigation est importante. De la même façon, la capacité de prédiction, largement utile en simulations (on peut citer l'analyse de futures constellations de satellites), est d'autant plus intéressante que la période de temps sur laquelle est réalisée la simulation est grande.

A l'échelle de ces grands transports de masse, ce sont les harmoniques zonales de bas degrés (typiquement de 2 à 6) qui sont concernées. Pour ces coefficients, il existe une part maréale importante qui, par exemple, est représentée par des termes océaniques semi-annuels et annuels, ou encore à 9,3 et 18,6 ans. En revanche, la part non maréale, avec des effets interannuels également importants, provient plutôt de variations liées à l'atmosphère et à l'hydrologie. Les méthodes d'analyse de la géodésie spatiale se sont beaucoup basées sur l'étude des mouvements orbitaux des satellites artificiels, afin d'estimer un certain nombre de ces coefficients géodynamiques, et de les décorréler entre eux, au moins à grande échelle spatiale. Cette capacité à détecter des variations globales de gravité, très faibles, s'est vue encore renforcée à la fin des années 1990, grâce à des études et analyses, dites à long terme. Menées sur des arcs de plus de dix ans, elles ont utilisé les séries temporelles de données de poursuite disponibles sur LAGEOS-1 et STARLETTE (voir ci-après).

Ce sont là des grands objectifs et critères qui ont ouvert la voie aux méthodes de moyennisation, et en particulier à la méthode de centrage. Le principe de cette méthode est de s'affranchir des effets à très court terme pour ne conserver que les perturbations (donc les effets) d'orbites à longues périodes (supérieures à un jour). Bien entendu, ces perturbations ne peuvent rendre compte que des phénomènes géodynamiques dont la période caractéristique est grande. En outre, la moyennisation permet par là même de gagner en stabilité, puisque le mouvement moyen est largement moins sensible que le mouvement osculateur aux effets non gravitationnels hautement non stationnaires. La contrepartie est une grande difficulté de mise en œuvre : l'utilisation d'une méthode analytique de moyennisation, et d'un jeu de variables adaptées à des mouvements très différents en altitude et en excentricité, rendent les développements complexes, ainsi aussi que leurs contrôles et validations.

Dans cet article, nous retraçons les grandes étapes du développement de cette méthode spécifique d'orbitographie. Nous présentons rapidement les résultats auxquels elle permet d'aboutir, en tentant de montrer son potentiel d'applications.