INTRODUCTION – GÉODÉSIE (HYDROGRAPHIE)gps-rs.scg.ulaval.ca/fr/Cours/Intro GMT Géodésie-Hydro Santerre... · INTRODUCTION – GÉODÉSIE (HYDROGRAPHIE) Rock Santerre, Ph.D.,

INTRODUCTION – GÉODÉSIE (HYDROGRAPHIE)

Rock Santerre, Ph.D., a.-g., ing.Département des sciences géomatiques

abR

R. Santerre, Département des sciences géomatiques, septembre 2015

- Historique de la géodésie- Techniques géodésiques

- Applications de la géodésie- Hydrographie (géomatique marine)

- Informations complémentaires


GÉODÉSIE ? 2

La géodésie est la science qui a pour but de déterminer la forme, la dimension et le champ de pesanteur de notre planète

Terre et leurs variations temporelles.

La Terre est une planètedynamique !

Étymologie - Géo: Terre et Désie: partager, diviser(sélénodésie: géodésie de la Lune, planétodésie, …)

geodesy.agu.org

www.geod.nrcan.gc.ca

MESURER LE MONDE 3

La première mesure du rayon de la Terre fut effectuée par le grec Ératosthène vers 200 ans avant J.-C.

Il utilisa la différence d’angle vertical entre les ombres projetées en deux lieux différents se situant sur un même méridien et dont

la distance entre ces deux lieux avait été mesurée.

La géodésie, tout comme l’astronomie, est considérée comme l’une des plus anciennes sciences de l’humanité.


en.wikipedia.org

1ère TRIANGULATION GÉODÉSIQUE 4

En 1533, mesure de la première triangulation géodésique par le Flamand Gemma Frisius (1508-1555). Technique basée sur la

mesure des angles d’une série de triangles inter-reliés.

en.wikipedia.org

nl.wikipedia.org

www.kunstgeografie.nl

www.kunstgeografie.nl


GÉODÉSIE EN NOUVELLE-FRANCE 5

En 1686, Jean Deshayes (correspondant de l’Académie des Sciences de Paris) mesure la première ligne de base (de la Basse-Ville de

Québec jusqu’à Pointe Lévis) faisant partie de la première triangulation au Canada.

Il détermine également la longitude de Québec, par rapport à Paris, en observant une éclipse de Lune.

Site de la première détermination d’une méridienne au Canada :le moulin Dupont sur la colline du Mont-Carmel (l’actuel Parc du

Cavalier-du-Moulin dans le Vieux-Québec).R. Santerre, Département des sciences géomatiques, septembre 2015

www.ville.quebec.qc.ca

DISTANCEMÈTRES ÉLECTROMAGNÉTIQUES 6

Le Suédois Erik Bergstrand invente le Géodimètre en 1949. Un appareil utilisant les ondes visibles pour mesurer les distances.

AGA Modèle 6

Modèle MRA-2

Et en 1956, le Sud-Africain Trevor L. Wadley invente le Telluromètre (distancemètre à micro-ondes).

De la triangulation à la trilatération


Sources: Geodimeter, Tellurometer, CRG-GPS, UL

RÉSEAU GÉODÉSIQUE HORIZONTAL


TRIANGULATION CLASSIQUE

Source: Levés géodésiques du Canada

7

Photographies de la trace des satellites (1957)

DÉBUT DE LA GÉODÉSIE SPATIALE 8

Développement de la caméra Baker-Nunn pour la photographie des traces de satellites sur fond d’étoiles, afin de déterminer leurs orbites dans le but d’établir des liens intercontinentaux entre les

réseaux géodésiques.

www.nasa.gov

www.photolib.noaa.gov


RÉFÉRENCE DE PRÉCISION 9

Les systèmes de référence géodésiques (horizontaux, verticaux et 3D) sont à la base de tous les travaux géomatiques, là où la

géolocalisation est essentielle.

Levés géodésiques du Canada


MATÉRIALISER LA SCIENCE 10

Les médaillons (points) géodésiques matérialisent les réseaux géodésiques. Au Québec, on en retrouve 120 000 sur tout le territoire.

Points géodésiques et repères altimétriques

Balises géodésiqueswww.morasse.com et CRG-GPS, UL


MESURER LA PESANTEUR 11

Les mesures gravimétriques effectuées avec des gravimètres (terrestre, maritime ou aéroporté) servent à déterminer le géoïde (la forme de la Terre) et aussi aux explorations minières et pétrolières.

Stations gravimétriques absolues700 000 points d’anomalie de la gravité.

Levés géodésiques du Canada


GÉODÉSIE SPATIALE 12

Science millénaire, la géodésie est entrée dans

l’ère spatiale de plain-pied.

Grâce à des coopérations internationales parrainées,

entre autre, par l’Association Internationale de Géodésie, la géodésie est

devenue une science internationale de haute

technologie.

Merci aux grandes agences spatiales qui contribuent à financer et à réaliser ces

grands projets de géodésie.

www.geodesy.tu-darmstadt.de


ATTRACTION DE LA TERRE 13

En mesurant les perturbations des orbites des satellites autour de la Terre

et à l’aide des mesures directes de gravité et de gradiométrie à bord des

satellites, le champ de la pesanteur de la Terre est révélé en détail.

On peut y percevoir les changements de la distribution des masses sur et à l’intérieur de la Terre (circulation

océanique, fonte des glaces polaires, ...)

portal.survey.ntua.gr


MESURER OCÉANS ET CROÛTE TERRESTRE 14

D’autres techniques permettent de mesurer directement la topographie de la surface des océans (mesure du changement du

niveau des mers) et des déformations de la croûte terrestre causées par les séismes et l’éruption de volcans.

Altimétrie Radar par satellite ▲InSAR: Interferometric ▲Synthetic Aperture Radar

www.aviso.oceanobs.com

www.futura-sciences.com

www.esa.int


DES LASER ET DES SATELLITES 15

Des mesures de distance précises effectuées avec des laser sur des satellites artificiels et le satellite naturel de la Terre

permettent de déterminer la dynamique de la Terre et l’orbite de la Lune autour de la Terre.

LLR

: L

UN

AR

LA

SER

RA

NG

ING

SLR

: S

ATELLIT

E L

AS

ER

RA

NG

ING

ilrs.gsfc.nasa.gov

www.nasa.gov


AUX CONFINS DE L’UNIVERS 16

Les quasars sont des objets astronomiques qui émettent naturellement des ondes radio. Ces ondes observées par des paires

d’antenne sur Terre permettent de déterminer, entre autre, l’orientation précise de la Terre dans l’espace.

VLBI: VERY LONG BASELINE INTERFEROMETRY

www.jpl.nasa.gov


COMPOSANTES DU SYSTÈME GPS

SATELLITES24 satellites

altitude de 20 000 km inclinaison de 55°

RÉCEPTEURSMesures de distance

(code et phase)Extraction du message

Calcul des positions

RÉSEAU DE POURSUITEPrédiction des orbites

Synchronisation des horlogesInjection des données

Surveillance de l’état des satellites


17

Sources: GPS World et CRG-GPS, UL

POSITIONNEMENT ABSOLU PAR SATELLITES

Trilatération spatiale (intersection de sphères)

positions des satellites connues

S4P1

S1

S2

S3 S4

11

31

21

41

positions des satellites connues

4 inconnues à résoudre:position (3D) et

synchronisation del’horloge (dT) du récepteur


18

Sources: GPS World et CRG-GPS, UL

POSITIONNEMENT RELATIF PAR SATELLITES

P1

P2

S1S2 S3

S4

R12

11

12

21

www.gpsworld.com

(dT12)

Le positionnement relatif (différentiel) élimine les erreurs communesentre les 2 récepteurs


19

PRÉCISION HORIZONTALE DE DIFFÉRENTSMODES DE POSITIONNEMENT GPS

Adaptée de Parkinson et al. & Bossler et al.

(m)


20

N.B.: La composante verticale GPS est environ 2 fois moins précise.

TON TOS

TACE

RIN1

670 m1040 m

70 m

110 m

TACE

TOSAnémomètreTON

TOS

TACE

AUSCULTATION TOPOGRAPHIQUE GPS:PONT PIERRE-LAPORTE (1/3)

Santerre et Lamoureux, UL


21

DÉPLACEMENT VERTICAL CAUSÉ PAR UN EMBOUTEILLAGE (station TACE) (2/3)

0.5

0.25

0

-0.25

-0.5

13:15 13:30 13:45 14:00 14:15

3:00 3:15 3:30 3:45 4:00 4:15 4:30

Heure avancée de l’Est

Temps écoulé (heures)

Dép

lace

men

t ve

rtic

al (

m)

40 cm

30 min.



22

déplacements en cmvariation de la température moyenne: -25oC

variation de la vitesse transversale du vent: 21 km/h

TACE

TON

TOS

Est

Ouest

DÉFORMATION DU PONT PIERRE-LAPORTE (ENTRE L’ÉTÉ ET L’HIVER) (3/3)

45.5

4.5

4.1

3.6

4.3

4.0



23

LA TERRE N’EST PAS RONDE !

Aux pôles, on se trouve plus près, d’environ 20 km, du centre de la Terre qu’à l’équateur. Le rayon équatorial est de 6378 km et le rayon

polaire est de 6357 km.

La pesanteur (effet combiné de l’accélération gravitationnelle et de l’accélération centrifuge) est plus grande aux pôles (9.83 m/s2) qu’à

l’équateur (9.78 m/s2).

La forme réelle de la Terre est le géoïde, une surface correspondant approximativement au Niveau Moyen des Mers, et sur laquelle le

potentiel gravifique (et non la force de la pesanteur) est constant.

www.sciencedaily.comwww.jpl.nasa.gov


24

LA TERRE COMME UNE TOUPIE 25

L’axe de rotation de la Terre effectue des mouvements dans l’espace (par rapport aux étoiles) : la précession et la nutation.

PrécessionPér.: 25 765 ansAmplitude: 47º

NutationPér.: 18.6 ansAmplitude: 18.4"

astronomy.starrynight.com


ELLE TOURNE MAIS PAS UNIFORMÉMENT 26

De plus, le lieu de l’intersection de son axe de rotation avec la croûte terrestre change, ce phénomène

se nomme le mouvement du pôle.

La vitesse de rotation de la Terre ralentit et n’est pas uniforme, ce qui provoque un accroissement de la durée du jour d’environ

2 msec par siècle.

La période prédominante du mouvement du pôle est de 435 jourset il décrit un cercle d’environ 7 m derayon à la surface du sol aux pôles.

Pôle sud commons.wikimedia.org

Période : 435 j


DES MARÉES OCÉANIQUES ET TERRESTRES 27

Tout comme la surface des océans, la croûte terrestre se déformeau rythme des marées (terrestres) avec une amplitude pouvant

atteindre 30 cm et ce, 2 fois par jour, comme illustré ci-dessous :

Le phénomène des marées est causé par la différence d’attraction gravitationnelle exercée

par la Lune et le Soleil sur la surface des océans et sur la croûte terrestre qui n’est pas

un solide parfaitement rigide.tidaldynamics.weebly.com et CRG-GPS, UL


LE REBOND ARCTIQUE… 28

Au nord du Canada et en Scandinavie, la croûte terrestre rebondit, après s’être affaissée pendant la dernière glaciation et

ce, à un rythme actuel de 2 à 3 cm par an dans la région de la Baie-James.

La dernière glaciation remonte à environ 12 000 ans. Ce phénomène s’appelle le rebond post-glaciaire.

Levés géodésiques Canada et www.nature.nps.gov


À LA DÉRIVE ! 29

Les plaques tectoniques de l’Amérique du Nord et de l’Europe s’éloignent d’environ 3 cm par année; une vitesse comparable à la

croissance de nos ongles !

La théorie de la tectonique des plaques a été élaborée en 1967. Les mouvements des plaques tectoniques sont mesurés

précisément avec les techniques géodésiques modernes telles que VLBI, laser satellite et GPS.

commons.wikimedia.org www.nationalatlas.gov


LA TERRE VIBRE ET TREMBLE 30

Les activités sismiques terrestres peuvent causer des catastrophes,par exemple, le tremblement de terre qui a provoqué le tsunami de

Fukushima au Japon, en mars 2011.

Les déplacements de la croûte terrestre, lors de ce séisme, ont été mesurés par le réseau de stations GPS permanentes japonaises :

▲ Déplacement de la station permanente GPS MIZU au Japon

www.unavco.org


ET LA LUNE S’ÉLOIGNE … 31

La Lune s’éloigne de la Terre à un rythme de 3 à 5 cm par année.La distance Terre-Lune qui est d’environ 380 000 km est mesurée à

une précision de quelques millimètres à l’aide de faisceaux laser réfléchis par des panneaux de rétroréflecteurs.

Le premier de ces panneaux a été déposé par les astronautes de la mission Apollo 11 en 1969.

www.nasa.org


MESURER LES CHANGEMENTS GLOBAUX 32

GGOS :Global Geodetic Observing System

La contribution de la géodésie à l‘observation de la Terre pour

évaluer les risques géologiqueset la réduction des catastrophes naturelles et pour supporter la recherche sur les changements

globaux.


Cartographie marine

Navigation et positionnement

LEVÉS HYDROGRAPHIQUES

Bathymétrie

33

www.shc-chs.gc.ca

www.gpsworld.com

www.shc-chs.gc.ca


Seulement 3% de l’eau sur Terre est douce.Le Canada possède 7% de ces réserves d’eau douce.

Le Québec compte près de 500 000 lacs, on ne connaît la bathymétrie que de seulement 3 400 de ceux-ci !

IMPORTANCE DE L’HYDROGRAPHIE(GÉOMATIQUE MARINE)

70% de la surface de la Terre est recouverte d'eau.Seulement 10% des fonds marins ont fait l'objet de levés

hydrographiques précis.

80% du commerce international s’effectue par voie maritime.

34

www.wikipedia.org


Aide à la navigation maritimeet cartographie des infrastructures portuaires

UTILISATION DE L’HYDROGRAPHIE (1/5) 35

www.shc-chs.gc.ca

www.sea-technology.com


Travaux de génie civil


www.groupocean.com www.airving.com

www.nexans.com www.heavyliftnews.com


ZEE

UTILISATION DE L’HYDROGRAPHIE (3/5)

Droit maritime international

37

www.dfo-mpo.gc.ca


en.wikipedia.com

Détection des tsunamis


www.dlr.de

nautilus.org.pl

www.pmel.noaa.gov


La montée du NMM provoquera l’érosion des côtes et l’engloutissement de la partie basse de celles-ci et la

salinisation des nappes phréatiques. Source: UNESCO (2010).

10% de la population mondiale vit dans les terres qui ne sont pas plus que 10 m au-dessus du NMM actuel. Source: UNESCO, Sea-level rise and variability (2010).

39

www.eoearth.orgen.wikipedia.org

Depuis 1993, le taux de variation du Niveau Moyen des Mers (NMM) est de plus de 3 mm/an; un taux plus grand que pendant tout le XXe

siècle. Le NMM change de 0.5 m/1ºC du réchauffement planétaire.


UTILISATION DE L’HYDROGRAPHIE (5/5)

LIENS INTERNET EN HYDROGRAPHIE

www.fig.net (commission 4)www.iho.int

www.imo.org

www.hydrography.ca

www.cehq.gouv.qc.ca

UNCLOS : United Nations Convention on the Law Of the Sea Convention des Nations Unies sur le Droit de la Mer

www.chs-shc.gc.ca www.cidco.ca

www.gloss-sealevel.org - Global Sea Level Observing System

40


INTERNATIONAL UNION OFGEODESY AND GEOPHYSICS (IUGG)

www.iugg.org

International Association of Cryospheric Sciences (IACS)

International Association of Geodesy (IAG)

International Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA)

International Association of Hydrological Sciences (IAHS)

International Association of Meteorology and Atmospheric Sciences (IAMAS)

International Association for the Physical Sciences of the Ocean (IAPSO)

International Ass. of Seismology and Physics of the Earth's Interior (IASPEI)

International Ass. of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior (IAVCEI)


41

ASSOCIATION INTERNATIONALE DE GÉODÉSIE

- 150e anniversaire en 2012- Commissions et Groupes d’études- Assemblées scientifiques (résolutions)- Délégués nationaux- Services internationaux (IGS)- Journal of Geodesy- GGOS (Global Geodetic Observing System)

www.ggos.org

www.iag-aig.org


42

LEVÉS GÉODÉSIQUES DU CANADA

www.geod.nrcan.gc.ca

- Introduction à la géodésie- Historique de la géodésie au Canada- Applications (en ligne)- Services en ligne (PPP)- Utilitaires géodésiques- Guides et publications


43

DIRECTION DE LA GÉODÉSIE

- GEODEQ- Vue d’ensemble (réseaux géodésiques)

- Utilitaires géodésiques- Directives et publications

www.mern.gouv.qc.ca/territoire/


44

JOURNAUX ET REVUES SCIENTIFIQUES

- Journal of Geodesy(Bulletin Géodésique)

- Journal of Applied Geodesy- Journal of Geophysical Research

/Solid Earth - Marine Geodesy- Geomatica- Journal of Surveying Engineering- Survey Review- GPS Solutions- GPS World- Inside GNSS- Navipedia (www)

Disponibles sur www.bibl.ulaval.ca


45

COURS GÉODÉSIE – U. LAVAL

Topométrie

Réf. spatiale

Conception

Planification

AcquisitionProjection carto.

Phys. géomatique

Algo. & Progr.

Compensations

GÉODÉSIE

GPS (GNSS)

TP GPS

Hydrographie

Cours grad. géod.

Cours grad. GPS

Appl. GPS

Diffusion

Contrôle-qualité

Fusion

Traitement

Modélisation

Visualisation

Analyse

Mise-à-jour

a

bR


46

SITE INTERNET GÉODÉSIE-GPS - U. LAVAL

- Liens www- Express Géomatique- Historiques et Exposition virtuelle- Galerie de photos- Publications- Lab GPS-Géodésie- Équipements- Réseaux et piliers géodésiques UL

gps-rs.scg.ulaval.ca


47

GÉODÉSIE ET GPS - U. LAVAL


48

CRG-GPS, UL

Documents

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