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AGRET

ASTROMÉTRIE, GÉODYNAMIQUE

ET SYSTÈMES DE RÉFÉRENCE

- Résumé -

Comprendre la dynamique des phénomènes naturels nécessite l'application pratique de concepts métrologiques à des objets naturels essentiellement mouvants et déformables. Le GDR intitulé AGRET se proposera 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 soulignait en 1993 un rapport de la Section de Géodésie du CNFGG.

La problématique dans laquelle s'inscrit le projet de GDR AGRET est décrite en annexe. Les travaux d'AGRET s'organiseront autour des trois thèmes qui suivent.

1. Unification des repères de référence terrestres et célestes

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, ou encore à l'orbite de satellites artificiels, qui sont des références universellement utilisées. 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.

2. Références et mouvements verticaux

Les déformations de la Terre ont des effets locaux à la fois dans les directions horizontales et verticales. Traditionnellement, les méthodes de mesure dans les deux directions étaient distinctes, alors que les méthodes spatiales fournissent essentiellement des mesures tridimensionnelles dans un repère géocentrique. Il est clair que les déformations doivent être mesurées autant que possible en trois dimensions. Cependant, l'estimation des mouvements verticaux, dont l'ampleur est inférieure de un ou plusieurs ordres de grandeur à celle des déplacements horizontaux, est entachée d'erreurs encore mal maîtrisées, comme, par exemple, les corrections de propagation du signal dans l'atmosphère, qui affectent préférentiellement la composante verticale. Par ailleurs, l'interprétation des phénomènes observés doit faire intervenir la comparaison avec des mesures gravimétriques, une autre discipline de la géodésie. La mesure des déformations verticales accuse actuellement un retard sur le niveau de performance de la mesure des déformations verticales qu'il faudrait s'attacher à combler.

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. 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.

3. Mouvements du géocentre (centre des masses de la Terre)

Le coefficient de degré 1 du géopotentiel est conventionnellement nul pour les champs utilisés dans la réduction des observations de géodesie spatiale. A l'échelle de temps de calcul des modèles globaux de champ de gravité, l'origine du repère de référence est située, par construction, à un centre des masses (géocentre) moyen. Par ailleurs, les calculs de géodésie dynamique 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 données de géodesie spatiale.

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.

En effet, AGRET repose en grande partie sur des services d'observation, aussi bien dans sa composante astronomique que dans sa composante géophysique. Les services d'observation sont définis par l'INSU comme le moyen par lequel la communauté Sciences de l'Univers répond à sa " mission de service qui consiste en l'observation systématique des phénomènes naturels, afin de suivre leur évolution, la comprendre et la modéliser. Cette mission est le fondement des prévisions qui constituent l'étape ultime de l'effort scientifique ". Dans le domaine auquel AGRET s'intéresse, cet aspect de surveillance et de modélisation est au cur des activités. Quelques services d'observation demandent à être revitalisés. La recherche favorisée par le GDR proposé permettra de ré-examiner leurs missions en relation avec les besoins et les résultats de la science actuelle. Cependant, la plupart des services d'observation qui nous concernent sont pleinement associés à la recherche internationale au plus haut niveau. AGRET pourra contribuer à soutenir leur effort permanent pour maintenir la qualité de leurs prestations au plus près du niveau des résultats de la recherche de pointe.

Certaines études nécessitent non pas des services mais des campagnes d'observation. Le GDR fournira le lieu où de telles campagnes pourront être élaborées et leurs résultats analysés dans un cadre pluridisciplinaire. La communauté nationale dispose, entre autres, de deux instruments d'observation transportables intéressant AGRET : le gravimètre absolu portable et la station transportable de télémétrie laser. L'utilisation de chacun de ces deux instruments est coordonnée par un comité des programmes. Les motivations scientifiques des missions de ces instruments étant bien représentées dans AGRET, il est proposé que des liens scientifiques soient prévus entre ces comités et le GDR.

Enfin, dans le cadre des chacun des thèmes retenus un effort particulier devra porter sur l'interaction entre analyse de données et mathématiques du signal. 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 réfléchir aux possibilités offertes par les développements récents dans des domaines tels que traitement du signal, algorithmes, fusion de données, méthodes d'extraction optimale d'information.

AGRET reposera sur des coopérations entre quinze à vingt unités de recherche, relevant pour partie du CNRS ou d'Universités, et pour partie d'autres organismes, tels que le CNES, l'IGN, le SHOM, l'ORSTOM. Il occupera une place particulière dans un ensemble d'activités assumées par ces organismes, à côté du Groupe de Recherche de Géodésie Spatiale (GRGS). Les promoteurs de la demande pensent qu'il permettra d'atteindre des objectifs nouveaux, en particulier grâce aux moyens sol. Il apportera par ailleurs une visibilité plus conforme à la réalité de l'action du CNRS dans ce domaine.

La composition du Comité Scientifique du GDR assurera une représentation équilibrée des différentes disciplines contribuant aux recherches.