|
Les autres missions spatiales.
Les techniques classiques utilisées pour
déterminer le champ de gravité terrestre sont :
- les mesures de pesanteur à l'aide de gravimètres
au sol, en bateau, en fond de mer ou aéroportés.
- les mesures d'altimétrie par satellites qui
permettent de déterminer la topographie des océans. Cette
surface, proche du géoïde, donne des informations sur le
champ de pesanteur après retrait des signaux océaniques
: circulation moyenne (courants) et variabilité.
- l'analyse des perturbations des orbites de
satellites. En étudiant les perturbations d'orbites de satellites
par rapport à des modèles existants du champ de gravité,
on peut construire d'autres modèles plus précis. Les principales
techniques de mesure de position des satellites sont : le SLR (Satellite
Laser Ranging) où l'on mesure la distance entre le satellite
et des stations au sol par télémétrie laser, DORIS
et le GPS .
Pour cette dernière technique, la position du satellite en orbite
basse est connue par rapport à la constellation des satellites
GPS d'orbite plus élevée (SST-hl).
Les principales limitations de ces techniques viennent essentiellement
:
- de la couverture observationnelle des satellites
qui n'est pas homogène. Par exemple, il y a beaucoup moins
de stations de poursuite laser dans l'hémisphère sud
qu'au nord.
- de l'atténuation du champ de pesanteur
avec l'altitude et de la mauvaise connaissance des forces qui ne
sont pas dues à la gravité comme le frottement dans
l'atmosphère. En effet, le champ de pesanteur décroissant
rapidement avec l'altitude, il serait intéressant de pouvoir
étudier les orbites de satellites évoluant à
basse altitude. Mais plus on se rapproche du sol, plus l'atmosphère
est dense et l'imprécision actuelle des modèles de
forces qui ne sont pas dues à la pesanteur empêche
une inversion classique des perturbations qui soit suffisamment
fiable.
La nouvelle étape de développement de
la gravimétrie spatiale doit permettre d'étudier des orbites
de satellites à basse altitude tout en s'affranchissant des contraintes
dues à l'atmosphère, ceci grâce à la micro-accélérométrie.
|
CHAMP
C'est ainsi que le satellite CHAMP
(ChAllenging Minisatellite Payload for geoscience and application),
décidé par l'agence spatiale allemande (DLR)
en 1995 en coopération avec le CNES et le JPL (Jet Propulsion
Laboratory) a été lancé le 15 juillet 2000
pour une période d'environ 5 ans.
Ce satellite est avant tout dédié à l'étude
du champ magnétique et à l'étude du champ de
gravité à grande longueur d'onde. Il porte des capteurs
pour mesurer l'intensité et les trois composantes du champ
magnétique, une antenne GPS et des réflecteurs laser
situés sous le satellite (SLR) permettant de connaître
sa position orbitale avec une précision centimétrique.
CHAMP a aussi embarqué un accéléromètre
de type STAR
(Spatial Triaxial Accelerometer for Research) développé
par l'ONERA pour
la mesure précise des forces non gravitationnelles.
|
 |
Ce satellite vole à
une altitude de 460 km à 300 km en fin de mission, altitude
où l'on ne peut pas négliger les forces de frottement
de l'atmosphère. C'est avec les données recueillies
par l'accéléromètre que l'on peut calculer l'effet
des forces non gravitationnelles (ces forces de frottement et celles
de pression de radiation). Cet effet est ensuite pris en compte lors
de l'analyse des perturbations orbitales.
Les données de CHAMP récoltées entre juillet
2000 et décembre 2001 ont déjà permis de calculer
un nouveau modèle de champ de gravité : EIGEN-2 (télécharger
le modèle sur le site GFZ ?) Ce modèle a une précision
de l'ordre de 10 cm sur le géoïde et de 0.5 milliGal en
terme d'anomalies de gravité pour une résolution spatiale
de 550km. |
GRACE
 |
|
GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment)
est un projet commun à la NASA
et à l'agence spatiale allemande (DLR)
qui a pour objectif de cartographier les variations temporelles
du champ de pesanteur terrestre.
Dans le cadre de cette mission, deux satellites identiques : "Tom
et Jerry", d'une masse de 475 kg, ont été lancés
le 17 mars 2002 pour une durée pouvant aller de 3 à
5 ans. Les deux satellites se suivent sur la même orbite et
mesurent en permanence la distance entre eux avec une précision
micrométrique. Cette distance, de 150 à 300 km (ajustable
par manœuvres) varie de quelques dizaines de mètres
sous l'influence des irrégularités du champ de pesanteur
dans lequel les satellites évoluent. Comme pour CHAMP, les
satellites sont positionnés par GPS et ont embarqué
des accéléromètres permettant de mesurer les
effets dus aux forces non gravitationnelles.
Les données de la mission sont accessibles
sur le site web du GFZ.
|
|
À l'issue de cette mission, on espère
connaître les variations temporelles du champ de gravité
sur des échelles allant du mois à deux ans avec une
résolution spatiale de 400 km. On attend aussi une importante
amélioration de la précision du champ statique aux
grandes longueurs d'ondes (supérieures à 250 km).
Les modèles construits à partir de ces données
permettront de mieux comprendre les processus dynamiques de l'intérieur
de la terre, les variations des courants océaniques, l'évolution
des calottes glaciaires et les mouvements de l'hydrosphère
(variation de la quantité d'eau dans les sols, effet de la
charge de neige sur de grandes étendues…).
|
GOCE
La mission GOCE avec son satellite à très
basse altitude (250 km) et son gradiomètre embarqué s'inscrit
dans la lignée des deux missions précédentes. Bénéficiant
de l'expérience que certaines équipes (tel le GRGS) ont
acquise sur les satellites précédents ainsi que d'une technologie
de pointe, la mission GOCE devrait fournir une connaissance globale du
champ de pesanteur avec une précision de l'ordre du milliGal pour
une résolution spatiale de 100 km environ. La précision
attendue pour le géoïde est centimétrique pour la même
résolution.
Les missions GRACE et GOCE sont donc des missions complémentaires
: GRACE étant dédiée aux grandes longueurs d'ondes
ainsi qu'aux variations temporelles et GOCE apportant la haute résolution.
La suite :
L'objectif principal des missions suivantes doit
être d'augmenter encore la résolution spatiale et/ou temporelle
des modèles de champ de gravité terrestre. Les systèmes
permettant ces mesures feraient appel à plusieurs satellites qui
volent en formation. Le projet très ambitieux LICODY
(Laser Interferometry for Core and Oceans Dynamic) propose un système
basé sur des mesures laser très précises entre les
positions relatives de plusieurs satellites évoluant en formation
et à basse altitude sur la même orbite moyenne polaire autour
de la Terre ; son objectif principal est de mesurer les variations de
champ dues aux oscillations du noyau terrestre.
Avant cela, des systèmes prolongeant les missions actuelles ont
été proposés et pourraient voir le jour d'ici quelques
années : GRFO (GRace Follow On) qui serait une suite de GRACE avec
une précision 100 à 1000 fois meilleure (lien laser entre
les deux satellites co-orbitant) ; MICROMEGA serait un intermédiaire
entre GRFO et LICODY.
|
