En savoir plus

Vocabulaire

DORIS

Le système DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) est un système d'orbitographie de satellites bas conçu par le CNES en collaboration avec l'IGN et basé sur l'effet Doppler. Ce système a été développé essentiellement pour des applications océanographiques. C'est un système ascendant bifréquence (2036,25 MHz et 401,25 MHz). A bord d'un satellite, une antenne réceptrice reçoit les ondes émises par un réseau de stations terrestres. Lorsque ce récepteur bouge par rapport à la source du signal, la longueur d'onde reçue diffère de celle émise (effet Doppler). Ces mesures Doppler permettent de déterminer précisément (1 à 2 cm) l'orbite du satellite, moyennant une bonne connaissance de la position des balises au sol. Bien qu'initialement prévue pour l'orbitographie, les géodésiens ont employé cette technique afin de calculer les positions des stations au sol, pour lesquelles on obtient une précision absolue meilleure que 2 cm sur l'ensemble du réseau. De plus, cette technique est très intéressante dans le cadre d'une combinaison multi-techniques car le réseau des balises DORIS est le réseau le mieux réparti à la surface de la Terre. De plus, toutes ces balises sont colocalisées avec au moins un autre instrument de géodésie spatiale.



Un satellite (SPOT 5) et une balise DORIS (Ny-Alesund, en Norvège).

GOCE

Lancé en mars 2009, le satellite GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) est la troisième mission de gravimétrie spatiale après les missions CHAMP (2000) et GRACE (2002). Alors que GRACE est dédiée au suivi des variations temporelles du champ, GOCE devrait fournir une cartographie extrêmement précise des variations spatiales du champ de pesanteur à environ 100 km de résolution (précision centimétrique sur le géoïde). Le satellite vole à très basse altitude (environ 280 km), et les frottements atmosphériques sont compensés par un système de compensation de traînée. La grande sensibilité de la mesure aux structures fines du champ est obtenue par la gradiométrie : le principe consiste à mesurer les dérivées du champ de pesanteur dans les différentes directions. Le champ de pesanteur qui sera calculé à partir des mesures sera d'une précision homogène en tout point du globe. Outre la revalorisation des jeux de données gravimétriques de surface, il permettra d'obtenir un géoïde mondial de qualité homogène à 100 km de résolution, essentiel pour réaliser l'unification des systèmes d'altitude nationaux.



Le satellite GOCE.

GPS

Développé dans les années 80 par le Département de la Défense américain, le système GPS (Global Positioning System) est un système descendant. Chaque satellite possède plusieurs horloges atomiques et génère deux ondes porteuses (à 1575,42 MHz et 1227,60 Mhz), modulées par des codes pseudo-aléatoires, qu'ils émettent vers la Terre. Les antennes au sol reçoivent ces signaux et calculent alors leurs positions. La précision de ce positionnement varie suivant le traitement adopté. Ainsi, les récepteurs GPS "grand public" permettent un positionnement métrique. En géodésie, on atteint une précision de quelques millimètres. En raison du faible coût des récepteurs GPS, il existe un très grand nombre de sites internationaux hébergeant des antennes GPS permanentes. Cette technique spatiale est celle fournissant la meilleure qualité de positionnement. Il faut toutefois souligner que celle-ci est hétérogène. En effet, la qualité du positionnement altimétrique (5 mm environ) est moindre par rapport à celle du positionnement planimétrique (2 mm environ), principalement en raison de la mauvaise connaissance du contenu en vapeur d'eau de l'atmosphère.



Un satellite et une antenne GPS (Papeete, en Polynésie française).

GRACE

GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) est un système de gravimétrie par satellite. La mission GRACE comprend deux satellites distants d'environ 220 km, qui se suivent sur une orbite basse, à environ 480 km d'altitude. Leur inter-distance est mesurée en continu, à quelques micromètres près. L'orbite de ces satellites est aussi très bien connue (GPS et SLR). Des accéléromètres permettent de corriger les effets des forces non-gravitationnelles agissant sur les satellites. L'attraction gravitationnelle exercée par la Terre n'est pas uniforme spatialement et varie au cours du temps lorsque les masses (solides et fluides) se déplacent. Ceci fait varier la distance inter-satellite. GRACE repassant à intervalle de temps réguliers au même endroit, il est possible de déduire des mesures de distance inter-satellite les variations temporelles du champ de gravité terrestre, avec une résolution temporelle qui peut atteindre 10 jours et une résolution spatiale de l'ordre de 400 km. Le champ de pesanteur statique peut aussi être calculé, à environ 200 km de résolution. Connaître les variations temporelles du champ a de nombreuses applications, notamment en hydrologie. En effet, les variations du champ traduisent des mouvements de masse entre autres liés au cycle de l'eau dans les enveloppes fluides externes.



La mission GRACE.

ITRS

L'ITRS (International Terrestrial Reference System), Système International de Référence Terrestre) est le système de référence recommandé par l'IERS, au même titre que le Système de Référence Ceslte International (ICRS). L'ITRS possède ainsi:

  • une origine géocentrique, centre des masses de la Terre incluant atmosphère et océans.
  • une orientation conventionnelle définie par celle du repère Bureau International de l'Heure (BIH) de 1984.0. Et une évolution temporelle de son orientation guidée par une condition dite de non rotation de la croûte.
  • une échelle définie par le mètre SI et cohérente avec le Temps-Coordonnée Géocentrique TCG (TCG Temps-Coordonnée Géocentrique)

Lidar

Un Lidar (LIght Detection And Ranging) est un appareil qui émet une onde électromagnétique dans l'atmosphère. Celle-ci, après interaction avec les différents composants qu’elle rencontre, est en partie rétrodiffusée et collectée par le Lidar. A partir de cette composante rétrodiffusée, on peut alors déduire des informations quant au diffuseur (sa concentration par exemple) et sa distance par rapport au système.
En savoir +


Système dans sa configuration de 2003 à 2006.

Repère et Système de Référence

Un système de référence est un objet conceptuel qui spécifie un ensemble de conditions le définissant. Il est défini par son origine, son orientation et son échelle (unité de mesure). La figure, ci-dessous a), en présente une vue de l'esprit.
Pour avoir accès au axe de ce système, on utilise une réalisation numérique du système appelée repère de référence terrestre. Il s'agit d'un réseau de points dont les coordonnées sont connues et vérifient autant que possible les spécifications du système de référence. Ces coordonnées sont aujourd'hui modélisées par des positions à un instant de référence et des vitesses avec occasionnellement des discontinuités. La figure b) ci-dessous en représente une illustration.

Représentation schématique a) Système de Référence b) Repère de Référence.

Télémétrie laser sur satellites

La technique SLR (Satellite Laser Ranging) a été mise en place dans les années 1970. Elle repose sur la mesure du temps de trajet aller-retour d'une impulsion lumineuse (Laser) entre une station au sol (un télescope) et un satellite muni de rétroréflecteurs. Cette technique est donc la seule utilisant un lien optique. Les ondes optiques sont beaucoup moins perturbées par la traversée de l'ionosphère et de la troposphère en comparaison des ondes radiométriques. Ainsi, la précision du positionnement vertical des stations (8 mm environ, pour les meilleures) est équivalente à celle du positionnement horizontal. Cependant, du fait de ce lien optique, il est pratiquement impossible de réaliser des observations sous un ciel nuageux. De plus, une des principales faiblesses de cette technique réside dans la répartition des stations d'observations au sol. En effet, la plupart des stations se situe dans l'hémisphère Nord, à mi-latitude. Outre son intérêt pour le positionnement terrestre, la technique SLR est la technique qui permet de réaliser l'origine du repère international ITRF. En outre, cette technique a toujours été de prime importance pour les déterminations des modèles du champ de pesanteur terrestre.



Un satellite (LAGEOS) et une station Laser (Grasse, en France).

VLBI

La technique VLBI (Very Long Baseline Interferometry) est la seule technique de géodésie spatiale qui ne fait pas intervenir de satellites artificiels. Elle repose sur l'analyse de signaux émis par des quasars, objets célestes lointains émettant une grande quantité d'énergie sous forme d'ondes électro-magnétiques. Un quasar émet ainsi un signal de longueur d'onde centimétrique qui est reçu par deux antennes astronomiques à la surface de la Terre. Ce signal n'est pas reçu au même instant par ces deux antennes compte tenu de la différence de distance à parcourir. L'analyse de ces signaux, par interférométrie, permet d'obtenir des informations sur l'orientation de la Terre dans l'espace et sur la position relative des antennes. Un des principaux apports du VLBI est ainsi la réalisation du système de référence céleste (ICRS) par la donnée des coordonnées d'un grand nombre de radiosources extragalactiques. Cette technique est de plus la seule qui donne accès au Temps Universel (UT). Enfin, l'échelle de l'ITRF repose en partie sur cette technique pour laquelle le positionnement des antennes est effectué à une précision millimétrique.



Un quasar (vue d'artiste) et une antenne VLBI (Goldstone, aux Etats-Unis).

l'information grandeur nature
Site internet de la recherche à l'IGN