9 Janvier 2012

Depuis 1995, DORIS contribue au Repère International de Référence Terrestre

A une époque où chacun peut se localiser à n'importe quel endroit du monde avec un téléphone portable, la question du positionnement peut paraître anodine. Elle ne l'est pas quand il s'agit de surveiller l'évolution de notre planète.
Balise Doris

50 ans de résultats scientifiques

Depuis 1995,  DORIS contribue au Repère International de Référence Terrestre.


La mer monte en moyenne de 2,3 mm par an. Comment peut-on comparer, avec ce degré de précision, les observations de son niveau faites en 1993 par la mission TOPEX-Poseidon à celles de la mission Jason-2 aujourd'hui ?

Les changements climatiques accélèrent la fonte des calottes glaciaires polaires. Comment peut-on estimer d'année en année les variations de leur volume depuis l'espace lorsque les glaces reposent sur des continents qui eux-mêmes s'élèvent à une vitesse mal connue, parfois de l'ordre de 1 cm par an ?

Les séismes géants, comme celui de Sumatra-Andaman en 2004 ou de Tohoku au Japon en 2011, sont suivis de mouvements régionaux pouvant s'étager sur plusieurs années, voire plusieurs dizaines d'années, avec des vitesses de déformation de la croûte terrestre allant de la dizaine de cm à quelques mm par an. La modélisation de ces mouvements post-sismiques participe à la compréhension de ces phénomènes catastrophiques. Comment mesurer ces déplacements sur de longues périodes à une précision meilleure que le cm, voire que le mm ?

Seules les techniques spatiales peuvent relever ces défis. En 1988, l'Union Astronomique Internationale et l'Union Géodésique et Géophysique Internationale créent le Service International de la Rotation de la Terre et des Repères de Référence (dénomination actuelle), et lui confient la charge de la détermination du repère international de référence terrestre, l'ITRF (International Terrestrial Reference Frame).

Le calcul des coordonnées des stations s'appuie sur plusieurs techniques d'observations, développées initialement pour d'autres besoins scientifiques et dont les sensibilités complémentaires assurent la qualité du repère terrestre :

  • l'interférométrie à très longue base ou VLBI (Very Long Baseline Interferometry) outil de radioastronomie développé pour scruter les quasars (sources radio de l'univers lointain), qui permet de mesurer des distances sur des milliers de kilomètres avec une précision de quelques millimètres
  • la télémétrie laser sur satellite ou SLR (Satellite Laser Ranging) développée initialement pour déterminer le champ de pesanteur terrestre, qui permet de localiser précisément le centre des masses de la Terre
  • les systèmes de positionnement par satellite ou GNSS (Global Navigation Satellite System) tels que le GPS, qui offrent les meilleures performances de localisation des stations géodésiques ;
  • et, depuis 1995, le système DORIS (Détermination d'Orbite et Radiopositionnement Intégrés par Satellite).

DORIS est un système d'orbitographie français conçu par le CNES, destiné à calculer la trajectoire précise des satellites en orbite moyenne ou basse, tels que les satellite d'imagerie spatiale (SPOT) ou les satellites de surveillance de l'environnement (ENVISAT, JASON, CRYSOAT...).

Ses applications à la géodésie ont été développées dans les années 1990, notamment par Pascal Willis. Ce système bénéficie dès sa conception d'un réseau de balises au sol très bien réparti sur toute la planète. Il apporte des éléments de validation des déterminations du repère par ses observations indépendantes des trois autres techniques utilisées. Sa participation à la détermination de l'ITRF permet en outre de transférer les qualités du repère aux orbites des satellites qui en sont équipés.

Aujourd'hui 8 équipes dans le monde traitent les observations DORIS pour déterminer des produits géodésiques, assimilés au sein du Service International DORIS (IDS) pour contribuer à la détermination de l'ITRF.

Les performances géodésiques du système DORIS ne cessent de croître. Les analyses conduites lors de la publication de la dernière détermination du repère international ont montré, par exemple, que la technique DORIS estimait les coordonnées équatoriales du centre de masses de la Terre avec une précision proche de celle de la technique SLR.

Les enjeux sous-jacents à l'amélioration du repère terrestre restent très importants pour la prochaine décennie, notamment pour la caractérisation de variables-clés du climat. L'exactitude du référentiel dans lequel sont exprimées les mesures spatiales a une incidence directe sur leur interprétation.

A l'échelle globale, l'amélioration de la qualité de l'ITRF en 2005, conjointement à l'amélioration de la connaissance du champ de pesanteur terrestre, a par exemple mis en évidence un biais de 0,26 mm/an sur l'estimation de la vitesse de montée du niveau moyen de la mer à partir des données du satellite TOPEX. Elle a également modifié considérablement notre vision de la répartition régionale de ce phénomène. Voir l'article : Beckley, B. D., F. G. Lemoine, S. B. Luthcke, R. D. Ray, and N. P. Zelensky (2007), A reassessment of global and regional mean sea level trends from TOPEX and Jason-1 altimetry based on revised reference frame and orbits, Geophys. Res. Lett., 34, L14608, doi:10.1029/2007GL0300022

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