Géodésie Spatiale sans jamais oser le demander Tout ce que vous avez voulu savoir sur la

Géodésie SpatialeGéodésie Spatiale

sans jamais oser le demandersans jamais oser le demander

Tout ce que vous avez voulu savoir sur laTout ce que vous avez voulu savoir sur la

Un peu d’histoireUn peu d’histoire

Géodésie signifie "le partage de la Terre".

• La géodésie spatiale est une science qui utilise les mesures des satellites artificiels qui tournent autour de la Terre pour déterminer la forme de la Terre et ses changements au cours du temps.

• Les principaux instruments utilisés en géodésie spatiale afin de repérer les satellites sont : la télémétrie laser, le système DORIS, le système GPS et le VLBI.

• Ils permettent de calculer la trajectoire des satellites mais aussi de déterminer la position et le mouvement des continents.

Géodésie signifie "le partage de la Terre".

• La géodésie spatiale est une science qui utilise les mesures des satellites artificiels qui tournent autour de la Terre pour déterminer la forme de la Terre et ses changements au cours du temps.

• Les principaux instruments utilisés en géodésie spatiale afin de repérer les satellites sont : la télémétrie laser, le système DORIS, le système GPS et le VLBI.

• Ils permettent de calculer la trajectoire des satellites mais aussi de déterminer la position et le mouvement des continents.

+75 m+75 m

-111 m-111 m

La forme de la TerreLa forme de la Terre

Le Géoïde• Surface irrégulière correspondant au niveau

moyen des mers et qui constitue par convention la surface de référence altimétrique ou la surface d'altitude zéro.

• Le géoïde, qui reproduit fidèlement les propriétés dynamiques et géométriques de la Terre, présente des écarts ou des ondulations par rapport à l'ellipsoïde de référence géodésique. Le géoïde peut aussi varier avec le temps, à la suite, par exemple, d'un bouleversement géologique. Le géoïde est donc une surface équipotentielle.

• Le géoïde se prolonge sous le niveau des continents et demeure perpendiculaire à la ligne de force de l'attraction terrestre.

• Par extension, on parlera d'un géoïde lunaire, martien, etc.

Le Géoïde• Surface irrégulière correspondant au niveau

moyen des mers et qui constitue par convention la surface de référence altimétrique ou la surface d'altitude zéro.

• Le géoïde, qui reproduit fidèlement les propriétés dynamiques et géométriques de la Terre, présente des écarts ou des ondulations par rapport à l'ellipsoïde de référence géodésique. Le géoïde peut aussi varier avec le temps, à la suite, par exemple, d'un bouleversement géologique. Le géoïde est donc une surface équipotentielle.

• Le géoïde se prolonge sous le niveau des continents et demeure perpendiculaire à la ligne de force de l'attraction terrestre.

• Par extension, on parlera d'un géoïde lunaire, martien, etc.

QuickTime™ et undécompresseur Sorenson Video

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QuickTime™ et undécompresseur Sorenson Video 3


-3000

+2000+4000

-1000

+7500

+14000

La Terre ne tourne pas rondLa Terre ne tourne pas rond







Nutation• L’inclinaison de l’axe de rotation

varie aussi légèrement au cours du temps sur des périodes allant de quelques jours ou centaines de jours (435 jours, amplitude 30 m) à quelques années (18.6 ans, amplitude 300 m).

• L’origine de ces variations est variée : attraction gravitationnelle de la Lune, variation de la pression au fond des océans, déplacement des masses atmosphériques et même les séismes.

Nutation• L’inclinaison de l’axe de rotation

varie aussi légèrement au cours du temps sur des périodes allant de quelques jours ou centaines de jours (435 jours, amplitude 30 m) à quelques années (18.6 ans, amplitude 300 m).

• L’origine de ces variations est variée : attraction gravitationnelle de la Lune, variation de la pression au fond des océans, déplacement des masses atmosphériques et même les séismes.

Précession• L’alternance des saisons est due à

l’inclinaison de l’axe de rotation (obliquité, ~23.5°).

Précession• L’alternance des saisons est due à

l’inclinaison de l’axe de rotation (obliquité, ~23.5°).

• Il y a 13000 ans les dates des saisons étaient donc inversées.

• A l’époque des Pharaons (3000 ans avant Jésus christ) Thuban (Alpha Draconis, constellation du Dragon) nous montrait le nord.

• Vous ne regardez pas votre vrai signe zodiacal dans le journal : vous croyez être Béliers alors que vous êtes Poissons…

• Il y a 13000 ans les dates des saisons étaient donc inversées.

• A l’époque des Pharaons (3000 ans avant Jésus christ) Thuban (Alpha Draconis, constellation du Dragon) nous montrait le nord.

• Vous ne regardez pas votre vrai signe zodiacal dans le journal : vous croyez être Béliers alors que vous êtes Poissons…

La Durée du jour augmente• 15 heures en 4.5 milliards d’années (~1 millionième de seconde par an)La Durée du jour augmente• 15 heures en 4.5 milliards d’années (~1 millionième de seconde par an)

• 21 secondes depuis 1972 (0.7 seconde par an)• 21 secondes depuis 1972 (0.7 seconde par an)

• L’axe de rotation fait un tour en 26000 ans et son inclinaison varie d’environ 2° (220 Km) sur une période de 40000 ans.

• L’axe de rotation fait un tour en 26000 ans et son inclinaison varie d’environ 2° (220 Km) sur une période de 40000 ans.

Les techniques d’observationsLes techniques d’observations

La télémétrie laser• Développée depuis le début des

années 70, cette technique est la plus ancienne et permet d’analyser de longues séries temporelles. Sa précision métrique au début est actuellement meilleure que 1 cm.

• Trois stations à l’OCA : laser-satellite et laser-lune (bientôt regroupées en un instrument) et la station ultra-mobile (FTLRS)

La télémétrie laser• Développée depuis le début des

années 70, cette technique est la plus ancienne et permet d’analyser de longues séries temporelles. Sa précision métrique au début est actuellement meilleure que 1 cm.

• Trois stations à l’OCA : laser-satellite et laser-lune (bientôt regroupées en un instrument) et la station ultra-mobile (FTLRS)

Le système DORIS• Mesure basée sur l’effet Doppler• Le récepteur est embarqué sur un satellite et les émetteurs sont

des balises au sol• Grâce à des oscillateurs ultra-stables de 10-13 sur la durée d’un

passage, les mesures Doppler ainsi réalisées sont compatibles avec la précision de vitesse radiale satellite-station de 0,3 mm/s requise pour une orbitographie de quelques centimètres de précision.

Le système DORIS• Mesure basée sur l’effet Doppler• Le récepteur est embarqué sur un satellite et les émetteurs sont

des balises au sol• Grâce à des oscillateurs ultra-stables de 10-13 sur la durée d’un

passage, les mesures Doppler ainsi réalisées sont compatibles avec la précision de vitesse radiale satellite-station de 0,3 mm/s requise pour une orbitographie de quelques centimètres de précision.

Le système GPS• Système de positionnement américain originellement conçu pour des applications militaires,

il permet aujourd’hui à chacun de connaître sa position avec une précision décamétrique.• En Géodésie Spatiale l'utilisation de ce système de manière relative (par rapport à une

position connue) permet un positionnement d’une précision au moins centimétrique.• Ce système est aussi utilisé ans le calcul d’orbite de satellites équipés d’un récepteur

(Jason-1 par exemple).

Le système GPS• Système de positionnement américain originellement conçu pour des applications militaires,

il permet aujourd’hui à chacun de connaître sa position avec une précision décamétrique.• En Géodésie Spatiale l'utilisation de ce système de manière relative (par rapport à une

position connue) permet un positionnement d’une précision au moins centimétrique.• Ce système est aussi utilisé ans le calcul d’orbite de satellites équipés d’un récepteur

(Jason-1 par exemple).

Le VLBI (interférométrie à très longue base)• Système basé sur la mesure de la différence de temps d’arrivée d’un front d’onde sur un

radio télescope.• Ce système est actuellement le plus exact (position et vitesse) mais demande une logistique

assez lourde.

Le VLBI (interférométrie à très longue base)• Système basé sur la mesure de la différence de temps d’arrivée d’un front d’onde sur un

radio télescope.• Ce système est actuellement le plus exact (position et vitesse) mais demande une logistique

assez lourde.

GALILEO (le GPS européen, en 2008)• De conception proche du système GPS, GALILEO permettra à chacun, muni d’un récepteur,

par exemple intégré dans son GSM, de capter des signaux émis par plusieurs satellites pour déterminer à tout instant sa position dans le temps et dans l’espace

• Ce système devrait permettre d’atteindre une précision sub-centimétrique..

GALILEO (le GPS européen, en 2008)• De conception proche du système GPS, GALILEO permettra à chacun, muni d’un récepteur,

par exemple intégré dans son GSM, de capter des signaux émis par plusieurs satellites pour déterminer à tout instant sa position dans le temps et dans l’espace

• Ce système devrait permettre d’atteindre une précision sub-centimétrique..



Les moyens spatiauxLes moyens spatiauxDes missions dédiées.• Les satellites géodésiques sont le plus souvent des

cibles passives qui sont utilisés pour la détermination des positions et vitesses des stations de télémétrie laser. L’analyse des perturbations de leur mouvement orbitale permet aussi d’accéder à des paramètres du champ de gravité.

• Les satellites altimétriques permettent d’observer la surface de la mer. L’étude de sa partie statique apportent des informations sur le champ de gravité et la topographie sous-marine. L’étude de sa partie dynamique permet de mieux connaître les courants océaniques et les marées.

• Depuis quelques années des missions ont été lancées et programmées pour étudier directement le champ de gravité et ses variations temporelles (surcharge atmosphérique, variations des nappes phréatiques, …).

Des missions dédiées.• Les satellites géodésiques sont le plus souvent des

cibles passives qui sont utilisés pour la détermination des positions et vitesses des stations de télémétrie laser. L’analyse des perturbations de leur mouvement orbitale permet aussi d’accéder à des paramètres du champ de gravité.

• Les satellites altimétriques permettent d’observer la surface de la mer. L’étude de sa partie statique apportent des informations sur le champ de gravité et la topographie sous-marine. L’étude de sa partie dynamique permet de mieux connaître les courants océaniques et les marées.

• Depuis quelques années des missions ont été lancées et programmées pour étudier directement le champ de gravité et ses variations temporelles (surcharge atmosphérique, variations des nappes phréatiques, …).

Satellites géodésiquesSatellites géodésiques(Lageos I&II, Starlette, Stella, Ajisai, Etalon)

Satellites altimétriquesSatellites altimétriques(TOPEX/Poseidon, Jason-1, EnviSat, GFO)

Missions champ de gravitéMissions champ de gravité(Champ, GRACE)

rms = 0,76 mas(2.3 cm)

rms = 0,24 mas(0.7 cm)

rms = 0,36 mas(1.1 cm)

rms = 0,69 mas(2.1 cm)

rms = 0,27 mas(0.8 cm)

rms = 0,32 mas(1.0 cm)

rms = 0,064 ms rms = 0,028 ms rms = 0,017 ms

Mouvement du pôle et durée du jour

Une précision d’horlogerUne précision d’horlogerLes enjeux de la Géodésie Spatiale• Mesurer les déplacements horizontaux et

verticaux des plaques tectoniques.• Mesurer les mouvements du pôle et la vitesse

de rotation de la Terre. • Mesurer les déplacements du centre des

masses de la Terre.

Les enjeux de la Géodésie Spatiale• Mesurer les déplacements horizontaux et

verticaux des plaques tectoniques.• Mesurer les mouvements du pôle et la vitesse

de rotation de la Terre. • Mesurer les déplacements du centre des

masses de la Terre.

TechniqueNombre

de solutions

Précision sur les

positions

Précision sur les

vitesses

VLBI 3 2 mm 1 mm/an

LLR 1 50 mm 5 mm/an

SLR 7 2 mm 1 mm/an

GPS 6 2 mm 1 mm/an

DORIS 2 25 mm 4 mm/an

Station laser-satellite (Grasse, 7835)

+1.5 cm/an

+1.8 cm/an

+0.1 cm/an

Mouvement du géocentre

QuickTime™ et undécompresseur Animation




Tsuna’ltimétrieTsuna’ltimétrie• Jason-1 a survolé la région au large de Sumatra 1h53 après

le séisme, et le tsunami avait eu le temps de se former et de commencer à se propager dans l'océan indien, voire même déjà de frapper les côtes indonésiennes.

• TOPEX/POSEIDON est passé 7 minutes plus tard environ 60 Km à l'ouest de Jason-1 et a donc "vu" une situation océanique très proche.

L'apport de 2 satellites en tandem est donc indéniable, car il permet de valider ce qu'on a observé avec le premier, et, par ailleurs, il fournit des observations complémentaires d'échantillonnage spatio-temporel du phénomène. Les observations pourront donc être utilisées pour améliorer la compréhension du phénomène et sa modélisation.

• Jason-1 a survolé la région au large de Sumatra 1h53 après le séisme, et le tsunami avait eu le temps de se former et de commencer à se propager dans l'océan indien, voire même déjà de frapper les côtes indonésiennes.

• TOPEX/POSEIDON est passé 7 minutes plus tard environ 60 Km à l'ouest de Jason-1 et a donc "vu" une situation océanique très proche.

L'apport de 2 satellites en tandem est donc indéniable, car il permet de valider ce qu'on a observé avec le premier, et, par ailleurs, il fournit des observations complémentaires d'échantillonnage spatio-temporel du phénomène. Les observations pourront donc être utilisées pour améliorer la compréhension du phénomène et sa modélisation.

Quand le hasard fait bien les choses…Le séisme s’est produit à 1h GMT. L‘animation ci-dessous montre la propagation de l’onde après le séisme toutes les 10 minutes.

Quand le hasard fait bien les choses…Le séisme s’est produit à 1h GMT. L‘animation ci-dessous montre la propagation de l’onde après le séisme toutes les 10 minutes.

• EnviSat a lui aussi survolé l’océan indien 3h17 après le séisme. Même si le signal est moins marqué (affaiblissement du phénomène) les mesures pourront sûrement elles aussi contribuer à améliorer les modèles.

• EnviSat a lui aussi survolé l’océan indien 3h17 après le séisme. Même si le signal est moins marqué (affaiblissement du phénomène) les mesures pourront sûrement elles aussi contribuer à améliorer les modèles.

début

ActeursLudovic AndrèsPhilippe Bério

Pascal BonnefondDavid Coulot

Florent DelefliePierre ExertierOlivier LaurainGilles MetrisPascal Oberti

Jean-Jacques Walch

Conseillère artistique et logistiqueChristine Julienne

Conseillers scientifiquesFrançois BarlierJean Kovalevsky

Effets spéciaux (tirs laser…)Etienne Cuot

Dominique FéraudyMaurice Furia

Georges HelmerMaurice Laplanche

Francis PierronMonique Pierron

Gérard VigourouxJonathan Weick

ChronométrageFrançoise Baumont

Pierre ClaudonRobert Dalla

Jean-François ManginGrégoire Martinot-Lagarde

Jean-Louis OnetoJocelyn ParisMuriel Ravet

Etienne SamainJean-Marie Torre

Hervé ViotPatrick Wrancken

ProducteursAgence Spatiale Européenne

Centre National d’Etudes SpatialesGroupe de Recherches en Géodésie Spatiale

Ministère de l’Education Nationale et de la Recherche

fin

début

ActeursLudovic AndrèsPhilippe Bério

Pascal BonnefondDavid Coulot

Florent DelefliePierre ExertierOlivier LaurainGilles MetrisPascal Oberti

Jean-Jacques Walch

Conseillère artistique et logistiqueChristine Julienne

Conseillers scientifiquesFrançois BarlierJean Kovalevsky

Effets spéciaux (tirs laser…)Etienne Cuot

Dominique FéraudyMaurice Furia

Georges HelmerMaurice Laplanche

Francis PierronMonique Pierron

Gérard VigourouxJonathan Weick

ChronométrageFrançoise Baumont

Pierre ClaudonRobert Dalla

Jean-François ManginGrégoire Martinot-Lagarde

Jean-Louis OnetoJocelyn ParisMuriel Ravet

Etienne SamainJean-Marie Torre

Hervé ViotPatrick Wrancken

ProducteursAgence Spatiale Européenne

Centre National d’Etudes SpatialesGroupe de Recherches en Géodésie Spatiale

Ministère de l’Education Nationale et de la Recherche

fin

Merci à Dieu d’avoir créé la femme Terre

Documents

Géodésie Spatiale sans jamais oser le demander Tout ce que vous avez voulu savoir sur la