ACCÉLÉROMÈTRES SPATIAUX
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La mission Goce
Goce est l'acronyme de Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer, que l'on pourrait traduire par « Explorateur du champ de gravité et de la circulation océanique ». Ce satellite, d'une masse de 1 050 kilogrammes au lancement, est remarquable à bien des égards. Sa forme, tout d'abord, est presque aérodynamique : sa longueur, supérieure à 5 mètres, semble disproportionnée par rapport à sa section efficace, d'à peine 1,1 mètre carré. Ses deux panneaux solaires et ses deux empennages arrière ont été conçus pour stabiliser naturellement son attitude grâce aux couples aérodynamiques qu'ils engendrent. En effet, au-dessous de 600 kilomètres d'altitude environ – celle-ci dépend de l'activité solaire et du rapport section efficace sur masse du satellite –, la traînée aérodynamique devient prépondérante par rapport aux forces de pression de radiation que les satellites subissent. À 270 kilomètres d'altitude, cette traînée peut atteindre des niveaux plus de cent fois supérieurs et il est essentiel de préserver la vitesse du satellite par l'action continue de deux propulseurs ioniques placés à l'arrière, pour éviter qu'il chute rapidement et ne termine sa vie trop tôt, en se consumant dans les basses couches de l'atmosphère. Goce a en effet été placé sur une orbite très basse, à une altitude de 270 kilomètres, quasi polaire – elle est inclinée de 96,70 par rapport au plan de l'équateur – et héliosynchrone, c'est-à-dire dont le plan conserve en permanence la même orientation par rapport à la direction Terre-Soleil.
Conception d'artiste montrant le satellite de géodésie spatiale Goce de l'E.S.A. en orbite autour de la Terre : sa forme aérodynamique, ses deux propulseurs ioniques, ses empennages stabilisateurs arrière ainsi que ses deux grands panneaux solaires sont adaptés à son orbite quasi polaire et...
Crédits : AOES-Medialab/ ESA
Pourquoi cette orbite est-elle si basse ? L'objectif scientifique de la mission Goce consiste à déterminer de façon très précise les anomalies du champ de gravité terrestre. En un point donné, la pesanteur est la résultante de l'attraction gravitationnelle suivant la loi de Newton et de l'accélération centrifuge induite par la rotation journalière de la Terre autour de l'axe des pôles, accélération qui est proportionnelle au carré de la vitesse de rotation et qui varie en fonction de la latitude. La pesanteur dépend donc de la forme de la Terre et des structures internes qui la caractérisent : structures géophysiques, densités océaniques – donc courants marins et salinités –, bassins hydrologiques qui emplissent ou non les roches, calottes glacières...
En géodésie et en géophysique, l'habitude est demeurée d'exprimer l'accélération due à la pesanteur par une unité spéciale du système C.G.S., le gal (symbole : Gal ; 1 Gal = 10–2 ms–2 = 1 cms–2), ainsi nommé en l'honneur de Galilée, qui caractérisa le premier le mouvement accéléré des corps soumis à la pesanteur et en déduisit l'universalité de la loi sur la chute des corps, indépendante de leur constitution ; il découvrit également l'isochronisme des pendules (la durée d'une oscillation ne dépend que de la longueur du pendule et non pas de l'amplitude du mouvement). Newton exploitera la relation simple entre la période d'un pendule et la gravité pour en faire le premier instrument de mesure de celle-ci. La pesanteur mesurée le long de la verticale locale dans un repère lié à la Terre, couramment appelée g, est de 980 gals à la surface de celle-ci, avec une variation maximale de l'ordre de 7 gals.
La mission Goce a pour ambition de réaliser une carte globale du champ de gravité de la Terre avec une précision de 1 milligal (10–5 ms–2), soit environ 1 micro-g (1 millionième de la pesanteur), et une résolution géographique de 100 kilomètres. Les géodésiens ont pour habitude de représenter l'équipotentielle de ce champ à partir de l'ellipsoïde de référence, lequel représente le monopole terrestre (point massique) et son harmonique double, lié à l'aplatissement du globe du fait de sa rotation (renflement à l'équateur). La précision attendue pour la hauteur de ce géoïde est de 1 à 2 centimètres. Pour atteindre une telle précision, le concept de la mission et l'instrument spatial original associé ont été étudiés durant plus de quinze ans par une équipe du département de mesures physiques de l'Office national d'études et de recherches aérospatiales (O.N.E.R.A.).
Goce a pu ainsi permettre d’établir une carte très précise de la hauteur des océans sur la totalité du globe. Ce satellite de l’Agence spatiale européenne (E.S.A.), lancé le 17 mars 2009, a terminé sa mission le 11 novembre 2014 en se désintégrant dans l’atmosphère.
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Écrit par :
- Raphaël F. GARCIA : docteur, habilité à diriger des recherches, maître de conférences à l'université Paul-Sabatier, Toulouse
- Pierre TOUBOUL : directeur du département Mesures physiques à l'Office national d'études et de recherches aérospatiales, Châtillon
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Pour citer l’article
Raphaël F. GARCIA, Pierre TOUBOUL, « ACCÉLÉROMÈTRES SPATIAUX », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 04 février 2023. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/accelerometres-spatiaux/