Le gravimètre relatif supraconducteur et le gravimètre absolu balistique: principes de fonctionnement, performances et apport aux Sciences de la Terre

 

 

Jacques Hinderer

 

Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre

5, rue Descartes 67084 Strasbourg Cedex

Jacques.Hinderer@eost.u-strasbg.fr

 

 

I/ Le gravimètre relatif à supraconductivité

 

 

Gravimètre supraconducteur GWR C026 en

fonctionnement à l?Observatoire Gravimétrique

de Strasbourg depuis juillet 1996

 

 

 

Avantages:

 

 

 

Inconvénients:

 

 

 

Traitements des données

 

- élimination des perturbations liées aux séismes, orages, problèmes d?acquisition numérique, interventions humaines (transfert d?hélium liquide, maintenance)

 

-marées terrestres + surcharges des marées océaniques

- admittance atmosphérique (si restriction à la pression locale) ou calcul global à partir des champs de pression des centres météorologiques

- effet instrumental à long terme

 

Apport du gravimètre supraconducteur

 

- termes quart-diurnes (potentiel de degré 4)

- termes ter-diurnes, semi-diurnes, diurnes (degré 2 et 3) et longue période

- validation des modèles de marées océaniques

- étude de la réponse dynamique des océans

 

- contributions locale/globale de pression

- impact des ondes thermiques (S1, S2, Sa)

 

 

 

- détection de la signature gravimétrique du mouvement du pôle (terme annuel et Chandlérien)

 

 

Signature gravimétrique du mouvement du pôle de rotation terrestre observée à Strasbourg par les gravimètres supraconducteur et absolu (Hinderer et al. 1999)

 

 

- détection des modes oscillatoires de la graine solide (Slichter) et du noyau fluide

 

II/ Le gravimètre absolu balistique

 

 

- mesures de temps par horloge atomique au rubidium

 

Avantages:

 

 

Inconvénients:

 

 

 

Gravimètre absolu FG5 modèle 206 (Micro-g Solutions Inc.) en opération au

site de Strasbourg

 

Corrections appliquées aux mesures

 

Instrumentales:

 

 

 

 

Géophysiques:

 

 

 

Apport du gravimètre absolu

 

Géodésie/Géodynamique/Tectonique

 

 

Stabilité à long terme de la gravité à Strasbourg de Fébrier 1997 à Mars 1999

(Hinderer et al. 1999)

 

 

 

Remarque: Suivi du mouvement vertical du sol

outil complémentaire aux techniques de positionnement de géodésie classique et spatiale (GPS, Interférométrie laser, DORIS, SAR, nivellement, ?) de précision (sub-) centimétrique et sensible aux transferts de masse

 

 

 

Sites WEB concernant la gravimétrie absolue et supraconductrice

 

 

Réseau mondial des gravimètres supraconducteurs participant au Global Geodynamics Project

 

 

 

http://www.eas.slu.edu/GGP/gwrhome.html (site du constructeur des gravimètres supraconducteurs GWR Instruments)

 

http://www.eas.slu.edu/GGP/ggphome.html (site du projet international de réseau de gravimètres supraconducteurs incluant une bibliographie)

 

http://www.microgsolutions.com (site du constructeur des gravimètres absolus incluant une bibliographie)

 

http://eost.u-strasbg.fr/obsgrav/Accueil.html (site de l?Observatoire Gravimétrique de Strasbourg) (en cours de remaniement)

 

 

 

 

 

 

Une sélection de références utilisant les observations de gravimétrie relative et absolue effectuées au site de Strasbourg (observatoire gravimétrique J9)

 

Amalvict, M., J. Hinderer, O. Francis and J. Mäkinen, 1998. Comparisons between absolute (AG) and superconducting (SG) gravimeters. In: R.Forsberg, M. Feissel and R. Dietrich (eds), Geodesy on the Move. Gravity, Geoid, Geodynamics, and Antarctica. IAG Scientific Assembly, IAG Symposia 119, 24?29.

 

Amalvict, M., Bayer, R., Biancale, R., Duquenne, H., Florsch, N., Hinderer, J., and Llubes, M., 1999. Activités françaises dans le domaine de la gravimétrie et du champ de pesanteur (1994-1998), in Rapport quadriennal 95-98, CNFGG, 27-37.

 

Boy, J.P., Hinderer , J. & Gegout, P., 1998. Global atmospheric loading and gravity, Phys. Earth Planet. Int., 109, 161-177.

 

Boy, J.-P., Hinderer, J., Amalvict, M., and Calais, E., On the use of long records of superconducting and absolute gravity observations with special application to the Strasbourg station, France, Proceedings . "High precision gravity measurements with application to geodynamics and 2nd GGP Workshop", sous presse.

 

Crossley, D., Jensen, O.G. & Hinderer, J., 1995. Effective barometric admittance and gravity residuals, Phys. Earth Planet. Int., 90, 221-241.

 

Crossley, D., Hinderer, J., Casula, G., Francis, O., Hsu, H.-T., Imanishi, Y., Jentzsch, G., Kaarianen, J., Merriam, J., Meurers, B., Neumeyer, J., Richter, B., Shibuya, K., Sato, T., and T. van Dam, 1999. Network of superconducting gravimeters benefits a number of disciplines, EOS, Transactions, AGU, 80, no11, 121, 125-126.

 

Defraigne P., V. Dehant & J. Hinderer, 1994. Stacking gravity tide measurements and nutation observations in order to determine the complex eigenfrequency of the Nearly Diurnal Free Wobble, J. Geophys. Res., 99, 9203-9213.

 

Florsch, N., Hinderer, J. & Legros, H., 1995. Mise en évidence d'ondes de marée quart-diurnes de quelques pico-g d'amplitude à l'aide de gravimétres supraconducteurs, C. R. Acad. Sci. Paris, t. 321, sér. IIa, 279-285.

 

Florsch, N., Legros, H. & Hinderer, J., 1995. The search for weak harmonic signals in a spectrum with application to gravity data, Phys. Earth Planet. Int., 90, 197-210.

 

Francis, O., Amalvict, M., & Hinderer, J., 1999. Intercomparison between the FG5#202 and FG5#206 at the site of the superconducting gravimeter C021 in Membach (Belgium), Bull. Inf. BGI, 84, 36-39.

 

Freybourger, M., Hinderer, J., & Trampert, J., 1997. Comparative study of superconducting gravimeters and broadband seismometers STS-1/Z in seismic and subseismic frequency bands, Phys. Earth Planet. Int., 101, 203-217.

 

Hinderer, J., Florsch, N., Mäkinen, J. , Legros, H. & Faller, J.E., 1991. On the calibration of a superconducting gravimeter using absolute gravity measurements, Geophys. J. Int., 106, 491-497.

 

Hinderer, J., D. Crossley & Xu H., 1994. A two year comparison between the French and Canadian superconducting gravimeter data, Geophys. J. Int., 116, 252-266.

 

Hinderer, J., Crossley, D. & Jensen, O. G., 1995. A search for the Slichter triplet in superconducting gravimeter data, Phys. Earth Planet. Int., 90, 183-195.

 

Hinderer, J., 1997. Constraints on the Earth's deep structure and dynamics from superconducting gravimetry, in Earth's Deep Interior, Doornbos Memorial Volume, ed. D. Crossley, Gordon & Breach Science Publ., 167-195.

 

Hinderer, J., Amalvict, M., Florsch, N., Francis, O., & Mäkinen, J., 1998. On the calibration of superconducting gravimeters with the help of absolute gravity measurements, Proc. 13th Int. Symp. Earth Tides, eds. B. Ducarme & P. Pâquet, Brussels, Belgium, 557-564.

 

Hinderer, J., Amalvict, M., Boy, J.-P., and Gegout, P., 1999. A 750 day record of gravity variations as seen by a superconducting gravimeter (GWR C026) and an absolute gravimeter (FG5-206) in Strasbourg, France. IUGG, Birmingham, UK, July 1999.

 

Jensen, O., Hinderer, J. and Crossley, D., 1995. Noise limitations in the core-mode band of superconducting gravimeter data, Phys. Earth Planet. Int., 90, 169-181.

 

Loyer, S., Hinderer, J., & Boy, J.P., 1999. Determination of the gravimetric factor at Chandler period from Earth?s orientation data and superconducting gravimetry observations, Geophys. J. Int., 136, 1-7.

 

Smylie, D., J. Hinderer, B. Richter & B. Ducarme, 1994. The product spectra of gravity and barometric pressure in Europe, Phys. Earth Planet. Int., 80, 135-157.