Research

Volet 1 : Géodésie Globale

Champ de gravité terrestre

Les modèles mensuels de champ de gravité GRACE, à présent la version 3, sont calculés et mis à disposition sur le serveur GRGS (grgs.obs-mip.fr/grace). Le calcul des modèles est prévu jusqu’à la fin de la mission GRACE (selon le scénario le plus optimiste en 2018) afin de garantir une série temporelle ininterrompue aux utilisateurs. Des études afin d’améliorer les modèles sont faites régulièrement, notamment sur la partie ‘de-aliasing’ du traitement. Les bas degrés des modèles proviennent du traitement des données laser des satellites géodésiques LAGEOS. Ces satellites orbitent à très haute altitude (5800 km). La contribution des satellites géodésiques similaires, Starlette et Stella en particulier qui orbitent plus bas (800 km), sera étudiée.

Le calcul à haute résolution d’anomalie de gravité ou du géoïde à partir de données sol (BGI) et spatiales (GOCE, GRACE) se poursuit. Une réactualisation du modèle global d’anomalies de Bouguer ( World Gravity Map), intégrant le dernier modèle de champ de gravité GOCE, est envisagée. Par ailleurs, un projet international a été lancé en 2014 pour la réalisation d’un géoïde à haute résolution de la Méditerranée. Les objectifs de ce projet sont multiples et concernent diverses thématiques : amélioration des modèles de circulation des courants en Méditerranée, rattachement des systèmes de référence d’altitude des pays circum-Méditerranée, caractérisation des distributions de densité dans la croûte et le manteau supérieur, etc. Ce projet, initié par le GET en collaboration avec le SHOM Brest intègre déjà plusieurs institutions et laboratoires étrangers (Italie, Grèce, Espagne, Danemark) auxquels pourraient s’ajouter d’autres pays (Turquie, Croatie et pays du Maghreb). Il a déjà reçu un soutien du GRGS et de l’ESA.

Tous ces développements de recherche contribuent directement à des services internationaux (BGI, IGFS).

L'équipe s'implique dans le fonctionnement du Bureau Gravimétrique International (BGI), un service d'observation dédié à la collecte, la validation, l'archivage et la distribution de mesures terrestres et marines du champ de gravité.

 

Système de référence géodésique terrestre

L’activité dans ce domaine est principalement focalisée sur la préparation d’une proposition de mission spatiale (GRASP : voir descriptif de la mission ci-dessous) en collaboration CNES-NASA qui a pour objectif de fournir un repère de référence terrestre amélioré, dont la précision visée est d’1 mm et de 0.1 mm/an en stabilité. Ce gain de précision attendu aura des répercussions sur de nombreuses applications en sciences de la Terre et de l’environnement nécessitant un positionnement ou encore la caractérisation de phénomènes au niveau sub-centimétrique à milimétrique (exemples : dynamique terrestre, trajectographie, GNSS précis, études plus fines des déformations de la croûte terrestre liée à des forçages géodynamiques, atmosphériques ou hydrologiques, etc.). Cette activité contribue aussi directement au services internationaux IERS et IGS (voir également applications dans le volet 2.2).

 

Positionnement GNSS

L’activité est focalisée sur les 2 objectifs de:

  • fournir en routine aux services internationaux IGS et IERS des produits de la meilleure qualité, et
  • apporter un support aux utilisateurs des techniques GNSS de positionnement au travers d’outils et d’une expertise.

L’évolution majeure concerne le traitement hybride des constellations GPS, GLONASS et Galileo. Nous avons l’objectif d’être le premier groupe au monde à proposer des produits et des outils permettant de traiter les données Galileo en mode de positionnement PPP avec blocage des ambiguïtés de phase. Cela devrait élargir encore le spectre des applications des GNSS pour les géosciences. Cela nécessite de comprendre et savoir caractériser les biais inter-signaux et inter-systèmes GNSS. L’amélioration des algorithmes et des modèles pour notamment contribuer au futur système de référence de l’IERS sera l’autre tâche prioritaire. L’équipe s'implique maintenant au sein du réseau national de stations GNSS permanentes (RENAG), à la fois pour le suivi des stations et projets en région Midi-Pyrénées (campagnes de mesures GPS réitérées, stations permanentes, stratégies d’analyse des données, nouveaux capteurs, etc.).

Dans le domaine de la réflectométrie GNSS, c'est-à-dire l’observation des signaux GNSS réfléchis pour caractériser les paramètres géophysiques de la surface de réflexion, l’activité s’articule autour des points suivants:

  1. un projet RTRA de la fondation STAE (Resp. GET : J. Darrozes). Ce projet en cours est axé sur la mise en œuvre de la technique des signaux réfléchis de type "signal-sur-bruit" (SNR) GNSS pour différents sites pour la mesure des variations locales de la hauteur de mer (expérience au phare de Cordouan depuis deux ans) et de l'humidité du sol (expérience dans un champ cultivé à Lamasquère (32)). Le financement d'un post-doc sur la modélisation physique de la réflexion des signaux électromagnétiques à la surface de la Terre est prévu pour 2015;
  2. l’expérimentation de nouvelles techniques de traitement inspirées du GNSS précis pour réaliser l’altimétrie avec un objectif de précision à quelques centimètres près. Ces techniques seront expérimentées depuis la côte et lors de la campagne aéroportée AirSWOT ;
  3. A travers un projet H2020, une extension de cette application GNSS à des collaborations européennes (Université de Barcelone, GFZ) est envisagée en vue de l'exploitation de réseaux complets de stations - qui offrent déjà des observations systématiques et continues. La comparaison de différentes chaines de traitement des signaux réfléchis développés par nos partenaires est également prévue.

 

Préparation de nouvelles missions spatiales terrestres ou planétaires (contribution française)

L’équipe CNES est impliquée dans la préparation de plusieurs missions spatiales prévues ou à l’étude:

  • en gravimétrie : GRACE Follow-on (NASA/GFZ - 2017) ;
  • en Géodésie : misions GRASP / F-GRASP (JPL ; CNES) ; GALILEO (ESA), et
  • en altimétrie : SWOT (NASA/CNES - 2019).

Quelques actions prévues, liés à ces missions, sont décrites ci-après.

GRACE-FO: La mission suite GRACE-FO (GRACE Follow on) de mesure du champ de gravité de la Terre est prévue pour un lancement en août 2017. De façon similaire à la mission GRACE (toujours active), les mesures radioélectriques (KBR) entre les deux satellites fourniront l’information de gravité. En outre, un système laser interférométrique additionnel de précision 50 fois meilleur sera testé. L’équipe de géodésie spatiale est membre du groupe mission européen géré par le GFZ-Potsdam. Elle participera aux études de simulation et après lancement aux travaux de production des modèles variables de champ de gravité en coopération avec le GFZ, voire avec les autres partenaires européens qui se sont regroupés dans le consortium EGSIEM/H2020 (Bern, Potsdam, Graz, Luxembourg). Les travaux EGSIEM visent à préparer un service européen de modélisation des variations du champ de gravité à des fins d’études et de gestion des événements hydrologiques principalement.

GRASP est un projet de mission satellitaire à l’initiative du JPL qui a pour objectif de fournir à l’ensemble des sciences géophysiques un repère de référence terrestre amélioré, par la mise en cohérence des différents réseaux géodésiques fondamentaux (DORIS, GNSS, SLR, VLBI), via l’embarquement sur un même satellite de toutes les techniques clé utilisées par ces réseaux. L’objectif de précision du repère de référence terrestre obtenu avec GRASP est d’1 mm et de 0.1 mm/an en stabilité. Sur proposition du GRGS, ce projet a été soumis au CNES pour une participation instrumentale en coopération NASA-CNES. Des études de phase 0 sur l’apport d’un récepteur DORIS ainsi qu’un microaccéléromètre (MicroSTAR) et un système de transfert de temps (T2L2) sont prévues et doivent être discutées avec le JPL pour une soumission commune du projet à l’été 2015 à l’appel d’offre NASA Venture.

Rosetta: Un traitement de l’ensemble des données disponibles a posteriori de la mission sera réalisé afin d’accroître la connaissance de la structure interne de la comète CG-67P. Pour cela un rapprochement avec les mesures de tomographie de l’instrument CONSERT pourrait être réalisé dans le cadre d’une collaboration avec l’équipe de l’IPAG à Grenoble.

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