Le contenu hydrologique de l'atmosphère représentait au départ une source d'erreur du positionnement par GPS. Parce que c'est cette partie là du retard qu'on ne pouvait pas modéliser avec fiabilité, on a choisi de l'estimer. Cette estimation a progressé en précision au fur et à mesure que les modèles physiques qui accompagnent le GPS ont gagné en complexité. Depuis une petite dizaine d'années, le GPS est utilisé pour sonder l'humidité atmosphérique avec de plus en plus d'exactitude et de diversité dans les applications : tomographie atmosphérique sur des réseaux locaux, suivi de progression de lignes de grains, étude du cycle diurne, contenu humide à diverses échelles de temps et d'espace. Les comparaisons avec des analyses ou d'autres mesures instrumentales de la vapeur d'eau étaient au départ destinées à valider la mesure GPS. On s'oriente maintenant vers des utilisations croisées : les mesures obliques du contenu humide par lidar peuvent être intégrées dans les calculs GPS pour améliorer le positionnement; les mesures de l'humidité atmosphériques par GPS sont assimilées dans les analyses météo en complément des radio sondages.

A côté de cette utilisation atmosphérique, le GPS sert aussi d'outil de mesure de l'hydrologie, aux côtés de la gravimétrie et de l'inclinométrie. A des échelles très locales jusqu'au régional, on mesure des variations de contenu hydrologique du sol et de hauteur d'eau dans des grands lacs. Ces deux domaines d'applications, terrestre et atmosphérique, sont sur le point d'interférer à travers des études du cycle de l'eau. On prendra ici l'exemple du projet AMMA-GHYRAF en Afrique de l'Ouest.

R. Biancale (1) , J.-M. Lemoine (1) , S. Bruinsma (1) , G. Ramillien (2) ,   F. Perosanz (1) , G. Balmino (1) , S. Bourgogne (3)

La mission satellitale GRACE a démontré depuis 2002 que les variations hydrologiques sont détectables et mesurables par la mesure de la gravité en altitude. Cette mesure est en fait indirecte : elle dérive des perturbations relatives des trajectoires du couple de satellites GRACE orbitant sous 500 km d'altitude, perturbations mesurées à quelques microns près par le système en bandes K/Ka qui nous donne l'information de distance (de quelque 200 km) entre les deux satellites.

L'équipe de Géodésie Spatiale du CNES/GRGS modélise ces trajectoires et restitue par méthode inverse les variations de masses sur la Terre entière à l'échelle de 500 km à l'aide des mesures de suivi GPS et de la dérivée de cette distance inter-satellites.

Ces variations de masses calculées sur 5 ans, et converties en hauteur d'eau, sont comparées à des modèles hydrologiques, tel WGHM, ou à d'autres données terrestres pour validation.

Les cartes de hauteurs d'eau sont disponibles sur les sites Web du BGI.

(1) Laboratoire de Géologie , ENS, Paris, France
(2) Université Pierre et Marie Curie, Paris, France
(3) INSIVUMEH, Guatemala
(4) IGN, Guatemala
(5) CUNOR, Guatemala
(6) Geologia Ambiental and Economica, Guatemala
(7) CESEM, Guatemala
(8) Instituto de Geofisica, UNAM, Mexico, Mexico
(9) Centro de Geociencias, UNAM, Quereturo, Mexico
(10) IGCN, El Salvador

            Le nord de l'Amérique Centrale est situé dans une zone complexe d'interaction entre trois plaques tectoniques majeures : la plaque Amérique du Nord (AN), la plaque Cocos (CO) et la plaque Caraïbe (CA). Alors que la plaque CO subducte sous les plaques AN et CA le long de la fosse d'Amérique Centrale, le mouvement relatif entre les plaques CA et AN est principalement accommodé par le système de failles décrochantes sénestres Polochic-Motagua. Les contributions relatives des failles sénestres de Polochic et Motagua, d'une serie de grabens nord-sud sur la plaque CA, et de l'arc volcanique d'Amérique Centrale dans l'accommodation de la déformation aux abords du point triple CO-AN-CA sont encore mal contraintes.

            Afin d'aborder ces problèmes nous avons traité les données issues d'un réseau de 27 sites géodésiques situé au Guatemala et Salvador, mesuré par GPS en 1999, 2003 et 2006 et 8 sites au Chiapas (Mexique) mesurés en 2002, 2003, 2004 et 2005. L'ensemble de ces données a été traité et combiné avec les logiciels GAMIT et GLOBK.  

            Les résultats issus du traitement des campagnes 1999-2003 pour le réseau guatemaltèque évaluait la vitesse relative entre les plaques AN et CA à 20 mm/an. Le champ de vitesses obtenu peut être ajusté avec un model élastique simple avec une seule faille centrée sur la faille de Motagua bloquée sur 20km de profondeur et accommodant une vitesse de glissement décroissante d'est (20mm/an) au centre du Guatemala (12 mm/an) vers la jonction triple CA-CO-AN. Cette décroissance semble être accommodée par une extension est-ouest de 8mm/an à travers la série de grabens nord-sud au sud de la faille de Motagua. Un mouvement dextre de 10mm/an est également observé le long de l'arc volcanique au Guatemala. L'intégration des données issues de la campagne 2006 au Guatemala et au Salvador ainsi que les données de campagnes issues du réseau géodésique au Chiapas, nous a permis de confirmer ces premiers résultats ainsi que d'observer un différentiel de couplage entre les plaques CO et CA (couplage quasi-nul) et les plaques CO-AN (couplage non nul) à travers la zone de point triple CO-CA-AN.   Le mouvement dextre observé accommodé par l'arc volcanique d'Amérique Centrale semble décroître du Sud (15 mm/an au Salvador) vers le nord (10 mm/an au Guatemala). L'arc volcanique disparaît à la frontière Guatemala-Mexique. Nous allons présenté un modèle cinématique regional utilisant le code DEFNODE de McCaffrey (2002),   permettant de proposer une distribution cohérente de déformations   à l'échelle régionale de cette zone de junction triple CO-AN-CA.  

Référence: McCaffrey R., 2002, Crustal Block rotations and plate coupling, in plate boundary Zones.,   Geodyn. Ser ., vol. 30, edited by S. Stein and J. Freymueller, pp. 101-122 , AGU, Washinton, D.C.

J. Verdun, B. de Saint-Jean, H. Duquenne, J. Cali, J.-P. Barriot

La connaissance du champ de gravité de la Terre est d'une importance capitale en géodésie, notamment pour la détermination des modèles de géoïde à haute résolution. Cependant, les domaines d'application de la gravimétrie débordent très largement du simple cadre de la géodésie physique. En effet, les transferts de masse en surface et à l'intérieur de la Terre modifient le champ de gravité terrestre dans des proportions mesurables par les instruments modernes. Ainsi, en mesurant les variations spatiales et temporelles du champ de gravité à l'échelle de la Terre entière, est-il aujourd'hui devenu possible non seulement de déterminer sa structure interne, mais aussi de suivre dans le temps toutes sortes de phénomènes tels les déformations consécutives aux grands séismes, les soubresauts d'un volcan, la circulation océanique, la répartition des précipitations ou l'évolution des calottes glaciaires.

Aujourd'hui, les modèles globaux de la gravité terrestre, donnés sous forme d'une décomposition en harmoniques sphériques, sont élaborés à partir de toutes les mesures disponibles issues de la gravimétrie spatiale (perturbations d'orbite et mesures gravimétriques satellitaires), de la gravimétrie terrestre et marine et de l'altimétrie satellitaire. La mise en oeuvre de l'ensemble de ces techniques garantit une couverture homogène de notre planète. En revanche, les gammes de longueurs d'onde accessibles par les techniques de gravimétrie terrestre, marine et spatiale sont très différentes voire disjointes. Actuellement, la résolution spatiale ultime des modèles déduits de mesures spatiales, tel le modèle GGM02S qui utilise les données du satellite GRACE, atteint 125 km. Cette résolution devrait descendre à 100 km grâce aux données qui seront acquises par le satellite GOCE dont le lancement est prévu pour le printemps 2008. L'altimétrie satellitaire complète notre connaissance du champ sur les océans, où sa résolution spatiale est de l'ordre de 10 km, au-delà d'une zone aveugle bordant les côtes large de 50 km. Les mesures réalisées à terre et en mer à bord des navires océanographiques peuvent avoir localement une résolution très fine de l'ordre de quelques kilomètres, mais leur répartition reste très hétérogène à l'échelle de la Terre entière. Certaines régions du globe difficile d'accès telles les chaînes de montagnes, les marges continentales, les volcans, les îles, ainsi que les régions désertiques ou couvertes par une végétation dense (forêt amazonienne) ne comportent quasiment aucune mesure gravimétrique. Par conséquent, le champ de gravité sur ces régions est au mieux connu à la résolution des techniques spatiales. La gamme de résolutions comprise entre 10 et 100 km, inaccessible par la gravimétrie spatiale, reste pour l'essentiel insuffisamment couverte par la gravimétrie terrestre et la gravimétrie marine. L'élaboration de modèles globaux à ultra-haute résolution (< 10km) ou de modèles locaux sur des régions intéressantes du point de vue géodynamique, nécessitera donc à la fois une densification des mesures gravimétriques dans la gamme 10-100 km et une couverture des régions où les mesures font défaut.

En vue d'acquérir ces nouvelles mesures gravimétriques, l'IGN et l'Ecole Supérieure des Géomètres et Topographes (ESGT) du Mans en collaboration avec le Service Hydrographique et Océanographique de la Marine (SHOM) poursuivent actuellement des recherches qui visent à développer un système autonome de gravimétrie mobile vectorielle, utilisable sur des véhicules terrestres, à bord de navires ou d'avions (figure 1). Le système est constitué de trois accéléromètres de grande précision montés dans une triade de sorte que leurs axes sensibles soient non coplanaires. Ces derniers permettent la mesure des trois composantes de la force spécifique La détermination de l'attitude du véhicule est obtenue à l'aide d'un GPS 4 antennes. Un récepteur GPS bi-fréquence supplémentaire assure le positionnement du véhicule. Hormis le système GPS 4 antennes, le reste de l'instrumentation est de conception nouvelle, et n'a pas d'équivalent commercialisé. Le prix de l'ensemble du système est de 50 000 euros, ce qui demeure beaucoup moins coûteux que les systèmes de gravimétrie mobile classiques.

The purpose of this study is to evaluate a selection of ocean tide models around the shelf of Brittany and Cotentin, in the northwestern part of France, through GPS positioning. Up-to-date OTL GPS observations over a long time span are cross compared to a series of predicted OTL estimates from a large selection of ocean tide models, more recent than the previous studies of Llubes et al. (2001), Vey et al. (2002), and perform accurate OTL validations. Furthermore, the differences of two OTL algorithms are quantified and the GPS high-rate OTL estimates are analysed for spurious signals (multipath). Additionally, the geographical distribution of the GPS campaign stations, allows us to study the geographical propagation of the OTL signal further land-inwards from the English Channel and thus validate the OTL models in a larger area than the previous studies.

Il y a 21 000 ans environ, lors de la dernière glaciation, l'hémisphère Nord a été particulièrement affecté par le développement de calottes de glace sur le Canada (Laurentide) et sur l'Eurasie. Ces calottes ont provoqué des dépressions lithosphériques qui ont engendré une série de marqueurs géologiques sur les rivages marquant le niveau marin de l'époque. Lors de la déglaciation et pendant le début de la période inter-glaciaire, il y 10 000 ans, la lithosphère, allégée du poids des calottes de glace, a subi un réajustement isostatique, créant de nouveaux indicateurs de niveau marin. Ces paleo-niveaux marins sont non seulement, des indicateurs de variations relatives du niveau de la mer, mais aussi des indicateurs de viscosité des couches du manteau. Afin de contraindre l'histoire des ces variations et afin d'établir un profil de viscosité du manteau, des modèles de Terre, incluant le calcul du rebond isostatique et la résolution de l'équation du niveau marin, ont été développé.

Ce travail s'appuie sur SELEN (Spada et Stocchi, 2007), un modèle numérique incluant le calcul du rebond isostatique, liée à une charge initiale et son évolution dans le temps, dont le but est de résoudre l'équation du niveau de la mer pour accéder à l'histoire des variations liées à la dernière déglaciations. Une application à l'étude du niveau marin depuis 10 000 ans le long des côtes françaises illustre les potentialités de ce modèle. Cette étude, réalisée à partir des scénario de calottes de glace ICE-3G (Tushingham et Peltier, 1992) et ICE-5G (Peltier, 2004) montre que la reconstitution des variations du niveau de la mer est très sensible à la charge initiale et au scénario de délgaciation et que pour ajuster les courbes du niveau marins calculées par SELEN, au données géologiques, il faudrait augmenter le volume de la calotte Eurasienne et diminuer le volume attribué à l'Antarctique.

Un calcul basé sur les enregistrements actuels du niveau de la mer montre qu'en France, la contribution du rebond post-glacaire à la remontée du niveau marin varie de 0.3 à 0.7 mm/an

W.R. Peltier, 2004. Global Glacial Isostasy and the Surface of the Ice-Age Earth: The ICE-5G (VM2) Model and GRACE, Ann. Rev. Earth and Planet. Sci ., 32, 111-149.

Spada, G. & Stocchi, P., 2007. SELEN: a Fortran 90 program for solving the ''Sea Level Equation'', Comput. and Geosci ., 33 (4), 538-562.

Ters M. Variations in Holocene sea level on the French Atlantic coast and their climatic significance. In Climate: History , periodicity and predictability. Van Nostrand Reinhold, 1986.

Tushingham A. M. and Peltier R.W., 1992. Validation of the ICE-3G model ofWurm-Winsconsin deglaciation using a global data base of relative sea level histories. J.Geophys. Res ., 97:3285-3304.

Parmi les différentes variations dans le mouvement de rotation de la Terre sur elle-même, les nutations sont les plus intéressantes pour étudier la structure interne de la Terre. Le grand avantage des nutations par rapport aux autres variations dans la rotation, telles que le mouvement du pôle ou les variations de la longueur du jour, réside dans le fait que le moment de force qui génère les nutations est connu avec une très grande précision. Ce moment de force, d'origine gravitationnelle, est dû à la présence de la Lune, du Soleil et des autres planètes et peut être calculé très précisément à partir des éphémérides de ces corps qui sont bien connues. En revanche, la réponse de la Terre à ce forçage gravitationnel externe est fort complexe car elle dépend de sa structure interne. Etant donné que les nutations sont observées avec une grande précision au moyen de la technique d'interférométrie à très longue base (VLBI), les données de nutation permettent de contraindre des paramètres de la structure interne de la Terre.
Nous présentons ici une estimation de ces paramètres à partir des données VLBI de la nutation, réalisée au moyen d'un modèle de nutation pour une Terre à trois couches déformables homogènes et ellipsoïdales, en utilisant une méthode d'inversion bayésienne.