La géodésie

La géodésie, qu’est-ce que c’est ?

Afin d’évaluer la forme de la Terre et son évolution au cours du temps, il faut tout d’abord pouvoir percevoir et mesurer leurs variations. Et voir la déformation des montagnes ou les mouvements des plaques tectoniques, c’est évidemment impossible à l’œil nu ! Ces changements étant extrêmement lents, il serait nécessaire de regarder pendant des centaines ou des milliers d’années pour voir une différence.

Alors, pour pouvoir observer ces changements, les scientifiques ont commencé par établir des systèmes de points de repères géodésiques. En pratique, il s’agit de points matérialisés par des bornes et des repères (typiquement des disques en métal ancrés dans le sol ou dans un bâtiment) et dont les coordonnées sont suivies au cours du temps.

C’est en analysant ces données de positions que l’on peut voir le mouvement des points. Cependant, un unique point géodésique n’est guère utile pour étudier la forme de la Terre. Une multitude de points de repères ont donc été installés partout sur la planète. Grâce à ce système, il est maintenant possible de suivre et mesurer les changements à terre, mais aussi, dans quelques rares cas, en mer (il s’agit là de développements très récents sur la géodésie en fond de mer).

En contrôlant ces points en continu, les données GNSS (Global Navigation Satellite System, ou Système Global de Navigation Satellite en français) permettent non seulement de voir les déplacements du sol, mais aussi de calculer leurs vitesses. Ainsi on peut voir le changement de la forme de la Terre, mais aussi évaluer sa rapidité et même ses variations sur des périodes allant de quelques minutes à des dizaines d’années.

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• Vidéo “Des oreilles au sol”, épisode 4 : Gravimétrie et géodésie : la Terre en mouvement
• Page Instruments et techniques de la géodésie

La géodésie, comment ça fonctionne en France ?

Dans le cas des systèmes les plus récents (systèmes satellitaires), pour chaque point géodésique les données sont collectées via une station géodésique. En France, il existe environ 600 de ces stations qui recueillent plusieurs téraoctets de données chaque année. Parmi elles, une grande majorité sont des stations permanentes, qui reçoivent et enregistrent des signaux GNSS. Fixées au sol, elles assurent ainsi la localisation constante et précise (à quelques millimètres près) des points géodésiques.

Chaque jour, les centres de données géodésiques, tels celui du Réseau national GNSS permanent de l’infrastructure nationale Epos-France, collectent les données recueillies par toutes ces stations permanentes. Ces données brutes sont converties dans un format exploitable par les scientifiques. Elles sont ensuite archivées et diffusées en libre accès.

Il existe également, au sein de l’infrastructure de recherche Epos-France, un parc de stations géodésiques temporaires (GPSmob) utilisées dans le cadre de campagnes spécifiques pour compléter le réseau permanent ou dans des lieux où il est difficile d’installer une station permanente.

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Page Mesurer la déformation des Alpes : les dessous d’une campagne de mesure GNSS

La géodésie, à quoi ça sert ?

Dans la vie quotidienne, le système GNSS est utilisé par de nombreuses applications permettant de suivre la position de nombreux objets, de la voiture au téléphone portable. En sciences aussi, les données GNSS sont utilisées dans de nombreux domaines, car elles peuvent aider à comprendre différents phénomènes.

• Géodynamique : pour mesurer le déplacement des plaques tectoniques (quelques millimètres à quelques centimètres par an), identifiant également les zones soumises aux déformations tectoniques (chaînes de montagnes, grandes zones de failles, etc.).
• Sismologie : pour quantifier les déplacements et les déformations durant un séisme et entre les séismes. De cette manière, elles sont utiles à l’étude des failles actives.
• Hydrologie : pour mieux comprendre le lien entre dynamique terrestre interne (déformation des sols et de la croûte terrestre) et externe (quantité de pluie, niveau des rivières, phénomènes de marées, etc.).
• Au début des années 2000, les données GNSS ont permis de découvrir l’existence de « séismes lents » représentant un type de mouvement sur des failles jusqu’alors inconnu.
• Volcanologie : associées aux données physiques et chimiques de la Terre, elles aident à détecter les signes annonciateurs d’éruptions volcaniques.
• Météorologie : lors du transfert du signal d’une station géodésique depuis un satellite, le signal traverse l’atmosphère. En étudiant ces signaux, il est possible d’estimer les propriétés telles que la quantité de vapeur d’eau, la pression et la température de l’air. Ainsi les données GNSS sont utiles aux prévisions météorologiques.
• Océanographie : les données GNSS contribuent à déterminer le niveau de la mer, et ainsi participent à l’étude des courants océaniques, mais aussi de l’augmentation du niveau de la mer en lien avec le changement climatique.

Pour plus de détails sur ces diverses applications, consulter la page Domaines d’application de la géodésie

Que nous apprend la géodésie sur la déformation du sol en France métropolitaine ?

Au niveau mondial, les déformations les plus fortes sont observées dans les zones de frontières de plaques. La France, quant à elle, est considérée comme un domaine intraplaque appartenant à la grande plaque Eurasie, jugée stable (voir rubrique sismicité de la France). Les séismes forts y sont rares mais pas inexistants, et une sismicité faible à modérée est présente à travers le territoire. Pour étudier et quantifier les faibles déformations associées à cette sismicité, l’analyse des séries temporelles de positions obtenues à partir de données GNSS présente encore divers défis techniques et méthodologiques. Cependant, des travaux menés dans plusieurs laboratoires académiques améliorent progressivement notre connaissance et ont permis par exemple de réaliser en 2020 une première carte des taux de déformations sur l’ensemble du territoire métropolitain.

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Actualité publiée en février 2020 sur la 1e carte des taux de déformation en métropole (site web Epos-France)