AGRET
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ASTROMÉTRIE, GÉODYNAMIQUE
ET SYSTÈMES DE RÉFÉRENCE
INTRODUCTION
Comprendre la dynamique des phénomènes naturels nécessite l'application pratique de concepts métrologiques à des objets naturels essentiellement mouvants et déformables. Le GDR AGRET se propose d'animer et de coordonner certaines recherches autour de la réalisation de systèmes de référence d'espace, en mettant l'accent sur les sujets charnières et les collaborations trans-disciplinaires. Des laboratoires relevant de divers organismes disposent de compétences dans l'étude de la dynamique et des déformations de la Terre et en astronomie fondamentale. Chacun connaît une partie du système selon une approche particulière. Tous sont conscients de la nécessité d'établir des coopérations qui permettront un traitement globalisé des phénomènes. Par contraste avec les collaborations au coup par coup que nous connaissons aujourd'hui, AGRET offrira aux chercheurs l'espace de réflexion pluridisciplinaire qui a manqué jusqu'ici, comme le déplorait déjà en 1993 un rapport de la Section de Géodésie du CNFGG.
Le texte qui suit dresse un tableau d'ensemble des activités nationales au sein desquelles AGRET pourra jouer un rôle particulier.
La métrologie du temps construit et transfère les références temporelles nécessaires à l'investigation de la structure globale de l'Univers ; son unité de travail actuelle est la nanoseconde, parfois même la picoseconde. L'astrométrie des références d'espace relie la direction de quasars extragalactiques, les objets connus les plus lointains, au centre de gravité de la Terre. Elle lie aussi entre eux les référentiels associés aux quasars, à la Galaxie, au système solaire et à la Terre, avec une précision pouvant atteindre mieux que le centimètre à la surface de la Terre. La géodynamique modélise à la fois l'ensemble et chacun des constituants de la planète, pour la compréhension de mouvements dont les durées caractéristiques s'étendent de quelques minutes au million d'années.
Les grandes lignes des travaux sur les référentiels de temps et d'espace se situent dans un cadre international dans lequel la France tient une place souvent importante.
La spécificité du programme d'étude proposé est l'accent mis sur la problématique découlant de l'objectif de globalité des référentiels de temps et d'espace sans perte de l'exactitude. Dans cette ambitieuse entreprise de métrologie globale de l'Univers, les maillons faibles se trouvent bien souvent à la jonction entre espaces matériels, conceptuels ou disciplinaires. Un objectif majeur du GDR proposé est d'encourager les études portant sur ces points de jonction, et les passerelles entre disciplines qu'elles nécessitent. Priorité devrait être donnée au caractère innovant des recherches proposées.
Le GDR couvre un domaine qui est insuffisamment exploité malgré l'existence des compétences nécessaires. Il possède en outre de nombreuses zones frontières avec les autres Sciences de l'Univers :
· au CNRS/SDU :
- l'astrométrie pour l'astrodynamique et l'astrophysique,
- la géophysique interne,
- la géophysique de surface,
- l'océanographie,
- l'étude dynamique de l'atmosphère.
· à l'extérieur du CNRS, des organismes avec lesquels le programme du GDR devra être coordonné :
- les programmes spatiaux impliquant la géodésie spatiale : CNES, GRGS,
- la géodésie terrestre : IGN,
- la géodésie et l'hydrographie : SHOM,
- l'océanographie et la géophysique : IRD,
- la météorologie : Météo France.
RÉFÉRENTIELS TEMPORELS
Le thème références de temps est clairement pluridisciplinaire à travers les sources de fréquence, les comparaisons de temps et les applications. Parmi les nombreuses disciplines impliquées, on peut citer la physique atomique et moléculaire, les mathématiques appliquées, la géodésie, l'astronomie fondamentale, les études atmosphériques.
· Transfert de temps par techniques spatiales
Le progrès continu de la stabilité des étalons impose la conception et le développement de méthodes de comparaison à distance permettant de transporter cette stabilité à des milliers de kilomètres. Le développement de nouvelles méthodes de transfert de temps est un sujet de recherche permanent. On peut citer actuellement le transfert de Temps par Lien Laser (T2L2) : tirs lasers à partir de deux stations terrestres sur un récepteur embarqué. La réalisation de l'expérience, qui fait appel à la géodésie spatiale, implique aussi une physique très fine. D'autres méthodes (deux voies, GPS phase) sont aussi en cours d'étude.
· Service d'observation : stations horaires
Les trois services horaires liés à SDU (BNM-OP/LPTF, OSU Besançon, OCA/CERGA) participent à l'élaboration de UTC. Ils mettent cette échelle de temps à disposition des utilisateurs par les moyens appropriés au niveau de précision des expériences. L'impératif de pérennité de l'échelle de temps entraîne la nécessité d'un équipement horaire de qualité (Césiums, Masers à hydrogène) et redondant. Certaines expériences en Sciences de la Terre peuvent nécessiter la mise en uvre spéciale de bases de temps ultrastables. Pour mémoire : les trois services horaires relevant de SDU sont regroupés dans un Moyen National Temps Fréquences de l'INSU/Astronomie.
RÉFÉRENTIELS CÉLESTES : AMÉLIORATION ET LIAISONS
Le référentiel primaire extragalactique est la meilleure réalisation possible actuellement d'un système de référence quasi-inertiel. N'étant accessible pratiquement que dans le domaine des longueurs d'onde radio par la méthode de radio interférométrie à très longue base (VLBI), il est nécessaire de lui rattacher les autres référentiels célestes naturellement associés aux expériences et qui font appel aux étoiles et aux corps du système solaire.
· Rattachement du repère dynamique lié au système solaire et son évolution temporelle éventuelle
Deux méthodes sont à notre portée :
- le laser Lune : l'analyse des observations décrit la rotation de la Terre dans le référentiel dynamique du système solaire, tandis que le VLBI la décrit relativement au référentiel extragalactique. Les référentiels terrestres laser Lune et VLBI étant tous deux rattachés au référentiel terrestre international, le rattachement des référentiels céleste est obtenu par différence ;
- chronométrage et VLBI différentiel de pulsars millisecondes : principe analogue, l'astre de transfert n'étant plus la Terre, mais le pulsar, dont le chronométrage donne le mouvement dans le référentiel dynamique du système solaire et le VLBI différentiel le mouvement relativement au référentiel extragalactique.
· Rattachement du repère galactique et son évolution temporelle éventuelle
Un exemple : séries temporelles de poses Schmidt/CCD sur des champs comportant à la fois des étoiles Hipparcos et des objets extragalactiques de l'ICRF afin de contraindre avec une plus grande précision la non-rotation du référentiel Hipparcos avec le temps.
· Entretien et amélioration du référentiel céleste international (ICRF)
Dans le cadre de l'IERS et de l'IVS (à l'Observatoire de Paris, en coopération avec Observatoire de Bordeaux, NASA, USNO, ...), responsabilité de la surveillance et de la maintenance à long terme du référentiel extragalactique qui matérialise le Système de référence céleste international (ICRS) recommandé par l'UAI. Nécessite l'observation répétée de plusieurs centaines de radiosources compactes extragalactiques (programme VLBI international) et la surveillance régulière de la stabilité de leur structure géométrique (écarts à la compacité) et, partant, de leurs coordonnées effectives.
· Participation française à JIVE (Joint Institute for VLBI in Europe)
JIVE achève actuellement la construction de l'un des trois ou quatre corrélateurs VLBI Mark IV existants dans le monde ; le modèle astrométrique intégré est Gloria (Observatoire de Paris).
DYNAMIQUE DE LA ROTATION
ET STRUCTURE DE LA TERRE
Le suivi de l'orientation de la Terre fournit la liaison permanente entre les référentiels céleste et terrestre ; il permet aussi d'établir des séries temporelles de mesures longues et denses dont l'interprétation contribue à la compréhension d'un certain nombre de phénomènes dynamiques globaux. En effet, les irrégularités de la rotation terrestre portent la signature d'un grand nombre d'influences dynamiques ou statiques des couches qui constituent la planète, ce qui fait de ce sujet un terrain privilégié d'études trans-disciplinaires. La très grande précision, la haute résolution temporelle et la stabilité à long terme des mesures permanentes (VLBI, GPS, SLR, programme international) de la durée du jour et des mouvements de l'axe de rotation dans la Terre et dans l'espace ouvrent un champ important de recherche pour la modélisation correspondante de la planète. Les techniques de géodésie satellitaire utilisées en mesure permanente pour la rotation de la Terre (GPS, SLR, DORIS) détectent et suivent les mouvements du centre de gravité de la Terre (géocentre), de l'ordre du centimètre, qui sont dus aux déplacements réguliers ou irréguliers des masses fluides en surface.
· Sujets de recherche :
- Mouvements du géocentre : modélisation et observations, systèmes de référence. Dans un repère lié au centre de masse de la Terre, le coefficient de degré 1 du géopotentiel doit être nul. La détection, par des techniques de géodésie satellitaire, du mouvement du géocentre pose le problème de la relation entre les différents systèmes de référence et en particulier entre les repères des observations et celui lié au centre de masse de la Terre utilisé par les géophysiciens. Comment le calcul théorique des déformations élastiques ou visqueuses de degré 1, à partir de la mécanique des milieux continus, peut-il être relié aux observations ?
- Mouvement du pôle : on ne parvient pas encore à prédire en détail et exactement l'influence des déplacements de masses atmosphériques, océaniques et autres eaux continentales.
- Circulation dans le noyau et rotation de la Terre. À partir de la variation séculaire du champ magnétique terrestre, on peut calculer un champ de la vitesse à l'interface noyau-manteau. L'étude des différents couplages entre le noyau et le manteau permet de quantifier l'influence de la dynamique du noyau sur la rotation de la Terre, sur des échelles de temps décennales. Alors qu'il semble difficile d'expliquer les variations décennales du mouvement du pôle par la dynamique du noyau, celles de la longueur du jour semblent, elles, trouver leur origine dans le noyau. Des phénomènes plus rapides tels que les jerks magnétiques, peuvent également perturber, à plus courtes échelles de temps, la rotation de la Terre mais ils interviennent sur des échelles temporelles comparables aux excitations atmosphériques. De nouveau, il s'agit là d'un sujet de recherche à la frontière entre deux communautés travaillant sur les couplages aux interfaces solide-fluide de la Terre.
· Suivi permanent de la rotation terrestre
Dans le cadre de l'IERS. Observations LLR, SLR au CERGA. À l'Observatoire de Paris, responsabilité de l'élaboration et de la diffusion de la série des paramètres de la rotation de la Terre. Analyses finales des mesures permanentes par VLBI, GPS et SLR, nécessitant le mélange optimal de séries temporelles dont les caractéristiques sont inhomogènes et évolutives. Charges à la fois opérationnelles et à long terme. Nombreuses coopérations internationales.
RÉFÉRENTIELS TERRESTRES ET
DÉFORMATIONS DE LA TERRE
La détermination de la structure interne du globe et l'étude de sa dynamique doivent s'appuyer sur deux types d'informations :
- la mesure des mouvements de points à la surface terrestre, par des méthodes géométriques et/ou semi-dynamiques, et par des mesures de pesanteur locale pour des mouvements verticaux,
- la mesure du champ de pesanteur ou du potentiel de pesanteur à la surface terrestre ou à l'extérieur du globe dont les variations donnent accès aux mouvements de masses responsables des déformations.
Les processus géodynamiques sont caractérisés par une très grande variabilité des échelles spatiales, de l'intrusion magmatique à la convection mantellique, et temporelles, de quelques minutes (séismes) au million d'années (convection). Les services d'observation et les recherches décrits ci-après concernent les échelles spatiales globale et régionale.
· Déformations lithosphériques et crustales
Il s'agit de la caractérisation fine des déplacements des plaques lithosphériques et de leurs déformations, de premier ordre sur les limites des plaques et de deuxième ordre en domaine intraplaque. Cet objectif est fondamental pour la géodynamique globale ; il est également indispensable pour les déterminations des coordonnées des stations de références et de leur vitesse de déplacement. Les études à une échelle plus locale (exemple le réseau Alpes) permettent également d'étudier les déformations liées à la tectonique active, aux mouvements verticaux lents et au cycle sismique.
· Mouvements verticaux
La caractérisation des mouvements verticaux est plus difficile que celle des mouvements horizontaux qui sont d'un ou plusieurs ordres de grandeur supérieurs. Or, la connaissance des mouvements verticaux est fondamentale. Il s'agit là d'un exemple typique de problème " frontière " qui nécessite l'établissement de références verticales à différentes échelles et la mise en commun du savoir-faire des deux communautés partie prenante dans AGRET.
Rappelons que cette caractérisation passe par des études à différentes échelles spatiales. En effet, la connaissance de la composante verticale des déformations globales de la Terre, par exemple celle induite par les surcharges atmosphériques globales, en complément de la connaissance des déformations locales, est fondamentale pour la détermination précise des mouvements verticaux.
Parmi les questions scientifiques où la connaissance des mouvements verticaux vient en amont, on peut citer la caractérisation des variations actuelles du niveau de la mer qui nécessite un ensemble de mesures complémentaires allant de la marégraphie à la géodésie spatiale en passant par la gravimétrie absolue.
Plusieurs sujets de recherche peuvent être abordés pour ce thème, par exemple :
- le développement de modèles de marée océanique en relation avec la surcharge pour contraindre les réponses locales des sites des stations de mesures et d'étalonnage,
- le développement de modèles de corrections troposphériques et ionosphériques en relation avec les différents systèmes de poursuite et de positionnement satellitaire.
Par ailleurs, la détermination des géoïdes locaux à haute résolution est indispensable pour les études sur les références verticales et le niveau de la mer. Ils constituent de plus un outil à l'usage d'autres domaines pour le positionnement altimétrique précis par techniques spatiales. L'effort de recherche doit porter sur l'amélioration de la modélisation et des techniques de calcul, sur l'intégration des différents types de données et, au plan national, sur la qualité des données, en particulier gravimétriques.
· Redistribution des masses
Les études des variations temporelles du champ de pesanteur, couplées à la géodésie, permettent de mettre en évidence les redistributions de masse dans les zones actives tels que les édifices volcaniques. Une application attendue concerne la prévention des risques. Un autre objectif concerne la caractérisation des mouvements des masses fluides qui apporte des contraintes sur les flux de transport des fluides (aquifères, évapo-transpiration,). Des projets satellitaires, tels que GRACE, ont pour ambition de permettre la mesure des variations temporelles du champ de pesanteur à grande échelle spatiale. Des études sol, permettraient d'accéder aux échelles spatiales inférieures qui viendraient compléter celle fournie par les moyens satellitaires.
· Météorologie et radiométrie
Les réseaux GPS géodésiques permettent de mesurer de façon continue le contenu atmosphérique en vapeur d'eau intégrée. Ces mesures peuvent être utilisées pour des études météorologiques telles que l'effet de serre, les variations climatiques ou les prévisions.
· Applications de la géodynamique à la maintenance du référentiel terrestre
- maintenance à long terme d'un référentiel attaché à l'ensemble des plaques tectoniques ;
- densification sans perte d'exactitude à partir de campagnes locales ou régionales ;
- intégration des campagnes destinées à l'étude des déformations.
· Entretien et extension du référentiel terrestre international (ITRF)
Dans le cadre de l'IERS (au LAREG, Laboratoire de Recherche de Géodésie de l'IGN), responsabilité de la surveillance et de la maintenance à long terme du référentiel qui matérialise le Système de référence terrestre international (ITRS) recommandé par l'UGGI. Nécessite l'unification de l'analyse globale des programmes permanents d'observation des quatre techniques majeures de géodésie spatiale : VLBI, GPS, SLR, DORIS. Nombreuses coopérations internationales.
· Bureau Gravimétrique International (BGI)
Les attributions du BGI (à l'OMP, activité soutenue aussi par le CNES, l'IGN, BRGM) consistent à collecter globalement toutes les données existantes de pesanteur et les informations disponibles sur le champ de gravité terrestre, à les compiler, à les archiver et à les redistribuer à une large communauté d'utilisateurs à des fins scientifiques. Le BGI dispose aussi de grilles de valeurs du géoïde déduites de l'altimétrie satellitaire, de modèles globaux du géopotentiel et de valeurs moyennes de la topographie.
· Participation à des réseaux et programmes mondiaux
- réseau gravimétrique mondial (IAGBN), avec notamment des stations dans l'hémisphère sud.
- GGP (Global Geodynamics Project), avec le gravimètre supraconducteur de Strasbourg.
· Établissement de réseaux de répétition
La France est notablement en retard dans l'établissement et/ou la maintenance de certains réseaux, tels que les réseaux gravimétriques de précision en colocation avec les réseaux de nivellement précis, de géodésie spatiale (GPS), de marégraphes, . D'autres réseaux, par exemple pour le suivi de la déformation des Alpes, mériteraient d'être pérennisés. Des lignes d'étalonnage de gravimétrie devraient être établies.
· Observatoire géodésique et géodynamique hors métropole
De nombreux problèmes scientifiques traités grâce à l'analyse de paramètres mesurés dans les stations des réseaux existants nécessitent une répartition homogène des stations de mesure sur le globe terrestre. La France, par ses DOM-TOM et Terres Australes, peut contribuer de manière significative à l'acquisition de données dans l'hémisphère sud caractérisé par un nombre de stations d'observation beaucoup plus petit que l'hémisphère nord. C'est par exemple le cas pour le Pacifique Sud avec Tahiti. L'observatoire géodésique et géophysique situé sur le campus de l'Université Française du Pacifique (UFP), comporte des stations d'observation utilisant les techniques principales de géodésie satellitaire, DORIS, SLR, GPS, PRARE, et un marégraphe en cours de rattachement. Un observatoire magnétique (Pamatai) fonctionne également à Tahiti. Compléter l'équipement de l'Observatoire de Tahiti par un gravimètre et une station VLBI en ferait un site géodynamique global de première importance au niveau mondial.
· Autres outils :
DORIS ; parc de récepteurs GPS géodésiques ; SAR ; gravimètre absolu portable ; parc de gravimètres relatifs ; station laser mobile ; participation française à JIVE.
MATHÉMATIQUES
ET APPLICATIONS
Une grande partie des travaux actuels restent souvent centrés sur l'usage de méthodes mathématiques conventionnelles, alors que les outils développés en mathématiques appliquées ont énormément évolué depuis une dizaine d'années. Les outils d'analyse en fonctionnement sont extrêmement élaborés car ils doivent modéliser un grand nombre d'effets naturels pour parvenir à rendre compte de la précision des mesures. Ils représentent parfois le résultat de dix ou vingt ans de développement progressif. Tout en reconnaissant l'effort permanent de qualité de ces développements, il est sain de procéder à un état des lieux sur la pertinence des outils mathématiques et des méthodes numériques utilisés et éventuellement de préparer l'implantation de nouveaux algorithmes.
· Expérimentation de méthodes
mathématiques
Exemples :
- méthodes robustes d'estimation et de résolution numérique des problèmes inverses de grande taille,
- méthodes d'analyse non linéaire et applications,
- modélisation de séries temporelle, par exemple analyse des irrégularités de la rotation terrestre comme processus déterministe non linéaire.
L'ENVIRONNEMENT SCIENTIFIQUE
ET OPÉRATIONNEL
Les Sciences de l'Univers intéressant AGRET nécessitent la mise en uvre et l'exploitation systématique d'une grande variété de moyens d'observations, en coordination avec différents organismes (BNM, CNRS, Universités, CNES, SHOM, ORSTOM, Météo-France, etc.). Les observations et les recherches sont pour une part coordonnées et pour une part indépendantes les unes des autres. Nous résumons ci-après le rôle de divers organismes.
MINISTÈRE DE L'ÉDUCATION
NATIONALE, DE L'ENSEIGNEMENT
SUPÉRIEUR, DE LA RECHERCHE ET DE
LA TECHNOLOGIE
La majorité des laboratoires participant aux recherches dans le domaine intéressant AGRET relèvent du Ministère de l'Éducation Nationale, de l'Enseignement Supérieur, de la Recherche et de la Technologie (MENESRT), à travers des Observatoires des Sciences de l'Univers (OSU), des Observatoires, Instituts de Physique du Globe et Universités.
L'Institut National des Sciences de l'Univers (INSU), institut de programmes et de moyens relevant du CNRS, est chargé de définir et de coordonner la politique des moyens d'observation au sein du dispositif de recherche du CNRS et des OSU pour l'astronomie et les sciences de la planète (Terre solide, Océan, Atmosphère, Biosphère). À ce titre l'INSU assure la coordination des différents services avec l'ensemble des autres organismes nationaux. Nous reprenons ci-dessous les éléments d'un document sur les services d'observations émanant du conseil scientifique de l'INSU (juin 1997) et du document " Moyens Nationaux " du colloque de prospective INSU/Astronomie de mars 1998.
· Services d'observation
Métrologie de l'espace et du temps
Le but de ce service est l'établissement d'un repère spatio-temporel. Cette tâche traditionnelle de l'astronomie relève d'activités contractuelles vis-à-vis de l'État (cas du LPTF et de l'IMCCE), et des Unions Internationales - Géodésique et Géophysique, et Astronomique (cas de l'IERS), qui comportent:
- la participation à la définition du temps français, avec le développement de nouvelles horloges et de nouveaux étalons, le transfert de temps et la comparaison d'horloges;
- la mesure et l'étude de la rotation de la Terre, qui permet l'élaboration et le raccordement de systèmes de référence terrestres et célestes;
- la publication par le Bureau des Longitudes des données astrométriques et des éphémérides utiles à de nombreux organismes, au public ou aux astronomes eux-mêmes;
- la mesure précise de positions d'étoiles permettant l'établissement ou la maintenance de référentiels stellaires;
- la géodésie spatiale : établissement d'un système de référence vertical, suivi permanent du niveau des mers, gravimétrie.
Laboratoires responsables : Observatoires de Paris, Besançon, de la Côte d'Azur, de Bordeaux, Midi-Pyrénées, Bureau des Longitudes. Organismes associés: BNM, IGN, CNES
Joint Institute for VLBI in Europe (JIVE)
L'INSU contribue au fonctionnement de ce centre ce qui assure à la communauté VLBI française (une vingtaine de chercheurs répartis dans cinq établissements) l'accès à des moyens de traitement pour ses programmes, souvent originaux.
Bureau Gravimétrique International
(BGI)
Organismes responsables : essentiellement le CNES et l'IGN, avec également une contribution de l'INSU et du BRGM
· Moyens national Temps/Fréquence:
coordination des activités temps/fréquence relevant de l'INSU.
Communautés scientifiques concernées :
SDU : Observatoires de Paris, Besançon et de la Côte d'Azur,
SPI : LHA (laboratoire de l'Horloge Atomique),
LPMO : (Laboratoire de Physique et de Métrologie des Oscillateurs)
SPM : LKB (Laboratoire Kastler Brossel), P2IM (Laboratoire de Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires), LPL (Laboratoire de Physique des Lasers),
BIPM : Bureau International des Poids et Mesures,
Autres partenaires : LCEP, CNES, CNET, ONERA, DGA, Dassault Électronique, Aérospatiale, HP.
Financement : BNM, INSU
Moyen National Laser Lune:
détermination de la distance Terre-Lune par télémétrie laser au plateau du Calern, avec une précision meilleure que le centimètre.
Objectifs scientifiques: Tests de la relativité générale: tests du principe d'équivalence (fort et faible), détermination de paramètres post-newtoniens; systèmes de référence, raccordement du système dynamique au système ICRF; sélénodésie.
Communautés scientifiques concernées: SPM (gravitation expérimentale), SDU (référentiels).
Établissements responsables (observation et analyses): Observatoires de la Côte d'Azur et de Paris.
· GDR Interférométrie radar à
ouverture synthétique (INSAR)
La mission du GDR est de fédérer une communauté française pour le développement et l'application de l'interférométrie radar à ouverture synthétique (SAR) ; renforcer la position de leader dans ce domaine que possèdent actuellement les équipes françaises ; constituer un carrefour d'échange pour des outils de calcul, des approches d'interprétation et de comparaisons des méthodes de calculs ainsi que de confrontation des résultats avec des modèles théoriques et les observations de terrain ; créer un lieu de débats scientifiques sur les objectifs et les applications géophysiques à traiter prioritairement ; devenir un interlocuteur de plus grand poids pour les partenaires comme l'ESA et le CNES.
GROUPE DE RECHERCHE DE GÉODÉSIE SPATIALE (GRGS)
Le GRGS coordonne un certain nombre de recherches et d'observations liées aux programmes du CNES. Son Comité Directeur est constitué d'une représentation des " organismes fondateurs " et d'autres qui s'y sont joints : BDL, CNES, OP, IGN, INSU, OCA, SHOM, OMP. Ces organismes assurent le soutien de leurs équipes membres du GRGS, le CNES étant le seul à financer les recherches du GRGS en tant que tel.
Les expériences soutenues financièrement par le CNES via le GRGS sont énumérées ci-après. Une partie des expériences est effectuée en partenariat avec le SHOM, l'IGN, l'OP, etc.
· Télémétrie laser
- Station satellite du Calern
- Station ultramobile
· Mécanique orbitale et détermination du champ de pesanteur
- Mécanique spatiale
- Champ de gravité : réalisations, modèles et projets
- Gravimétrie et BGI
- Grandes et moyennes longueurs d'onde du géoïde, variations temporelles
· Observation de la Terre, systèmes de référence
- Système de référence IERS (avec OP, IGN) Références terrestres : théorie et réalisation (avec IGN)
- Localisation DORIS (avec IGN)
- Participation à l'IGS, orbitographie et loalisation par GPS (avec IGN)
- Altimétrie et références verticales
· Terre solide et océans
- Altimétrie et géophysique
- Altimétrie et océanographie (avec le SHOM)
- Variations temporelles du champ de gravité
- Applications de la géodésie GPS et INSAR à la tectonique (avec IGN)
·Planétologie
- forme et physiographie des corps du système solaire
- géologie, minéralogie de surface
- champ de gravité
- rotation
- structure interne
· Physique fondamentale
- Missions spatiales pour le principe d'équivalence
- Métrologie du temps et transfert de temps
- Références relativistes
INSTITUT GÉOGRAPHIQUE NATIONAL (IGN)
· Géodésie
- Entretien du Réseau Géodésique Français
(RGF)
- Maintenance du réseau DORIS
- Participation à des campagnes continentales (SIRGAS, EUVN)
· Nivellement
- Entretien du Réseau Français de Nivellement de Précision (RFNP)
· Laboratoire de Recherche en Géodésie (LAREG)
- Participation à l'IERS: élaboration de l'ITRF
- Participation à l'IGS : suivi des stations françaises, centre global de données
- Projet pilote d'établissement du réseau GPS permanent en France (RGP)
- Niveau des mers : équipement GPS de la station marégraphe de Marseille
MÉTÉO FRANCE
Projet GPS et météo: étude de l'utilisation des stations GPS géodésiques permanentes pour le suivi du contenu intégré en vapeur d'eau de l'atmosphère. Une coopération entre le CNRM, le LAREG, le LGT, Geosciences AZUR et les organismes de météorologie européens.
SERVICE HYDROGRAPHIQUE ET OCÉANOGRAPHIQUE DE LA MARINE (SHOM)
Le SHOM est l'organisme officiel en France qui recueille, valide, expertise, archive, coordonne et traite les informations marégraphiques nationales. Il exploite systématiquement les observations issues des observatoires permanents des ports principaux de l'Annuaire des marées et gère un fichier comptant actuellement quelque 500 sites d'observation. Son expérience opérationnelle date de près de 200 ans puisqu'il est l'héritier de l'ancien dépôt des cartes et plans qui mit en uvre le premier observatoire permanent, à Brest en 1906. Le SHOM n'est en fait responsable que de cinq marégraphes des côtes de France (Cherbourg, Le Conquet, Brest, Port Tudy et Toulon), les autres observatoires permanents étant sous la responsabilité des ports autonomes ou des Services Maritimes. Le SHOM a besoin de ces observations pour diverses raisons :
- évaluer et améliorer la précision des prédictions,
- réduire les sondages hydrographiques,
- mener des études statistiques sur les surcotes-décotes et les niveaux extrêmes,
- assurer des responsabilités auprès de la communauté scientifique nationale et internationale.
Le SHOM participe à des programmes d'océanographie spatiale, avec le CNES, et de rattachement géodésique des marégraphes, avec l'IGN.
RÉSEAUX D'OBSERVATION MONDIAUX
· DORIS : 51 balises ; c'est le réseau de géodésie spatiale ayant la meilleure couverture mondiale. Géré conjointement par le CNES et l'IGN.
· Participation à l'IGS : 3 stations GPS dans l'hémisphère Sud (Kerguelen, Tahiti, Hartebeestok), gérées par le CNES et l'IGN.
· Site fondamental de Tahiti : soutenu par CNES, UFP, ESA, NASA
· Observatoires de géophysique (IPG, ORSTOM) : participation à Intermagnet
· Participation à GGP (EOST), réseau mondial de gravimètres supraconducteurs.
PROGRAMME DES RECHERCHES
Les travaux s'organiseront autour de trois thèmes majeurs:
- Unification des repères de référence terrestres et célestes. On envisage des sujets de recherche tels que le rattachement du repère dynamique lié au système solaire et son évolution temporelle éventuelle (laser-Lune, pulsar millisecondes), le rattachement du repère galactique et son évolution temporelle éventuelle, l'unification des références terrestres et inertielles obtenues par VLBI et géodésie satellitaire.
- Références et mouvements verticaux. La connaissance de la composante verticale des déformations globales de la Terre, par exemple celle induite par les surcharges atmosphériques globales, en complément de la connaissance des déformations locales, est fondamentale pour la détermination précise de mouvements dont dépend, par exemple, l'estimation des variations du niveau moyend es mers. Il s'agit là d'un exemple typique de problème " frontière " qui nécessite la maîtrise concertée d'un ensemble de connaissances et de savoir-faire, allant de la marégraphie à la géodésie spatiale en passant par la gravimétrie absolue.
- Mouvements du géocentre. Les calculs de géodésie satellitaire donnent accès à une origine instantanée dont le lien avec le géocentre moyen reste pour l'essentiel à explorer. Des aspects cruciaux pour l'interprétation géophysique des mesures de géodésie spatiale sont l'identification des effets des redistributions des masses, leur modélisation dans un repère clairement indentifié ainsi que l'harmonisation des modèles utilisés pour l'interprétation dynamique des résultats.
En outre, les recherches comporteront une réflexion permanente sur les réseaux nationaux de mesure en métropole et outre-mer, les missions du gravimètre absolu portable, le missions de la station laser mobile, la participation aux réseaux et programmes internationaux.
GLOSSAIRE
BGI Bureau Gravimétrique International
BIPM Bureau International des Poids et Mesures
BNM Bureau National de Métrologie
BRGM Bureau de Recherches Géologiques et Minières
CERGA Centre d'Études et de Recherches Géodynamiques et Astronomiques
CNES Centre National d'Études Spatiales
CNRM Centre National de Recherches Météorologiques
CNRS Centre National de la Recherche Scientifique
DORIS Détermination d'Orbite et Radiopositionnement Intégré par Satellite
EOST École et Observatoire des Sciences de la Terre de Strasbourg
GDR Groupement de Recherches
GGP Global Geodynamics Project
GPS Global Positioning System
GRGS Groupe de Recherches de Géodésie Spatiale
IAGBN International Absolute Gravity Base-station Network
IERS International Earth Rotation Service
ICRF International Celestial Reference Frame
ICRS International Celestial Reference System
IGN Institut Gégraphique National
IGS International GPS Service for Geodynamics
IMCCE Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémerides de l'Observatoire de Paris
INSU Institut National des Sciences de l'Univers
IPGP Institut de Physique du Globe de Paris
IRD Institut français de recherche scientifique pour le développement en coopération (ex ORSTOM)
ITRF International Terrestrial Reference Frame
ITRF International Terrestrial Reference System
IVS International VLBI Service for geodesy and astrometry
JIVE Joint Institute for VLBI in Europe
LAREG Laboratoire de Recherche de Géodésie
LGT Laboratoire de Géophysique et Tectonique, Montpellier
LHA Laboratoire de l'Horloge Atomique
LKB Laboratoire Kastler Brossel
LPL Laboratoire de Physique des Lasers
LPMO Laboratoire de Physique et de Métrologie des Oscillateurs
LPTF Laboratoire Primaire du Temps et des Fréquences
OCA Observatoire de la Côte d'Azur
OMP Observatoire Midi-Pyrénées
OP Observatoire de Paris
ORSTOM voir IRD
OSU Observatoire des Sciences de l'Univers
P2IM Laboratoire de Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires
PNIT Programme National Intérieur de la Terre
PNRN Programme National "Risques Naturels"
RFNP Réseau de Nivellement Français de Précision
RGF Réseau Géodésique Français
RGP Réseau GPS Permanent français
SAR Synthesis Aperture Radar
SDU CNRS/Département Sciences de l'Univers
SHOM Service Hydrographique et Océanographique de la Marine
SLR Satellite Laser Ranging
SPI CNRS/Département Sciences Physiques pour l'Ingénieur
SPM CNRS/Département Sciences Physiques et Mathématiues
TA(F) Temps Atomique Français
TAI Temps Atomique International
T2L2 Transfert de Temps par Lien Laser
UFP Université Française du Pacifique
USNO United States Naval Observatory
UTC Temps Universel Coordonné
VLBI Very Long Baseline radio Interferometry