GRAVIMÉTRIE

La mesure directe de la forme de la surface des mers

Certains satellites (G.E.O.S.-3, Seasat, Geosat, E.R.S.-1, Topex-Poseidon...) ont été munis d'un radar mesurant à quelques décimètres ou centimètres près leur distance au niveau de la mer. Toutes corrections de trajectoires faites, ces satellites fournissent une information sur la forme de détail du géoïde dans ses zones marines (cf. carte ci-dessus et hors-texte de l'article océan pacifique), qui complète en fait les données gravimétriques (beaucoup plus nombreuses et fiables à terre que dans l'étendue des océans), bien qu'elle soit d'une nature très différente. Le Bureau gravimétrique international, qui avait été institué pour faciliter la diffusion des millions de mesures gravimétriques existantes en vue de l'exploitation globale nécessitée par la géodésie, a été réorganisé pour prendre également en charge ces données sur l'altimétrie du géoïde, et étudier la manière de les combiner.

L'interprétation des trajectoires observées

L'étude des satellites artificiels proches de la Terre a conduit à reposer le problème de l'étude du champ de gravité de la Terre en des termes nouveaux. Leur mouvement est profondément influencé par le fait que la Terre n'est pas une sphère homogène ; les éléments caractéristiques de l'orbite keplérienne (plan de l'orbite, direction et grandeur du grand axe, excentricité) se modifient constamment, au lieu de rester fixes, comme dans le cas où la Terre serait sphérique.

Pour étudier leurs variations, on est conduit à développer le potentiel de la gravitation en une série de termes « harmoniques sphériques », dont chacun comporte une fonction déterminée de la latitude et de la longitude, multipliée par une puissance négative de la distance au centre et par un coefficient a priori inconnu. Si on connaît les perturbations subies par un nombre élevé de satellites ayant des orbites très différentes (en inclinaison et excentricité), on peut déterminer un certain nombre de ces coefficients. Pour les termes qui sont fonction de la longitude, il faut, à cause de la rotation de la Terre, pratiquement faire appel aux satellites géostationnaires, c'est-à-dire dont la durée de révolution est un jour, satellites dont le rôle en télécommunication est particulièrement important. On connaît maintenant un assez grand nombre de ces coefficients ; le deuxième correspond à l'aplatissement, qui se trouve aussi déterminé d'une manière très précise (1/298,257...).

Le développement harmonique est aujourd'hui connu jusqu'aux termes d'ordre atteignant 30, ce qui implique la connaissance de plusieurs centaines de coefficients. Il est très facile d'en déduire, sous la même forme d'un développement en série harmonique, la forme du géoïde, rapportée à l'ellipsoïde, ou la valeur de la pesanteur à son niveau, c'est-à-dire l'anomalie à l'air libre. Mais cette forme du géoïde, si elle est très sûre, se trouve lissée et débarrassée de toutes les irrégularités de largeur inférieure à 1 000 ou 2 000 km.

Il est possible, et c'est la tâche de l'avenir, de combiner la représentation du géoïde, ainsi déduite de l'étude des orbites des satellites, avec les indications, complémentaires et localement beaucoup plus fines, que peut fournir la gravimétrie. Il faudra pour cela appliquer la formule de Stokes, pour calculer l'écart entre le géoïde et sa représentation par une série harmonique, à partir de l'écart entre les anomalies à l'air libre mesurées et celles déduites du même développement harmonique du potentiel.

En mer, où les valeurs de la pesanteur sont beaucoup moins nombreuses et moins sûres qu'à terre, il est préférable d'utiliser les profils fournis par les satellites[...]