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La géodésie

La géodésie est la science qui étudie les dimensions et la forme de la Terre ainsi que les variations de son champ de gravité, et tout cela en fonction du temps.

La Terre (Source : NASA)

La Terre
(Source : NASA)

Mesurer la taille et déterminer la forme d’un petit objet est relativement simple. Par exemple, un ballon de soccer est une sphère (forme) dont on peut déterminer la dimension (diamètre) avec un ruban à mesurer. Compte tenu de sa taille, il est facile de mesurer les figures qui le composent.

Pour la Terre, c’est un peu plus complexe. Il faut mettre en place un référentiel permettant d’intégrer les différents types de mesure que l’on peut faire. Un référentiel est un système de repérage grâce auquel il est possible de situer un événement dans l’espace et le temps. Pour nos besoins, un tel référentiel s’appelle un système de référence terrestre, aussi connu sous le nom de système de référence géodésique.

Un système de référence terrestre est un ensemble de paramètres et de conventions permettant de déterminer la position d’un point dans un espace tridimensionnel. La position d’un point dans ce système s’exprime en coordonnées cartésiennes (X, Y, Z) ou en coordonnées géodésiques (,, h ). Pour obtenir des coordonnées géodésiques, il faut travailler avec un ellipsoïde, c’est-à-dire une ellipse qui tourne sur elle-même. Pourquoi un ellipsoïde? Parce que la Terre n’est pas une sphère parfaite, mais légèrement aplatie aux pôles. La différence entre le diamètre à l’équateur et celui aux pôles est d’environ 52 km. Les coordonnées géodésiques sont mieux connues en termes de latitude (), de longitude () et d’altitude (h).

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Coordonnées cartésiennes et géodésiques tridimensionnelles

Coordonnées cartésiennes et géodésiques tridimensionnelles

Les systèmes de référence terrestre les plus connus sont :

  • le NAD83 (North American Datum 1983);
  • le WGS84 (World Geodetic Datum 1984);
  • le ITRS (International Terrestrial Reference System).
Exemple d'un repère géodésique

 

Le système de référence terrestre est matérialisé sur le territoire à l’aide de repères. L’ensemble de ces repères forme le réseau géodésique. Au Québec, le ministère des Ressources naturelles assure l’intégration et la diffusion de l’information liée au réseau géodésique.

Exemple d'un repère géodésique

 


Aujourd’hui, les mesures utilisées pour déterminer la position d’un repère dans un système de référence terrestre ou pour s’y positionner proviennent principalement de ces quatre techniques spatiales :

  • VLBI (Very Long Baseline Interferometry) : radiointerférométrie à très longue base;
  • SLR (Satellite Laser Ranging) : télémétrie laser sur satellite;
  • DORIS (Doppler Orbitography by Radio-positioning Integrated on Satellite) : système de positionnement basé sur l’effet Doppler;
  • GPS (Global Positioning System), sans doute la plus connue (système de positionnement mondial).

Le champ de gravité

Le géoïde (Source : University of Texas)

Le champ de gravité joue un rôle important dans la forme de la Terre. La Terre est un corps plastique complexe composé de parties solides, semi-rigides et liquides. Comme ces différentes parties ne sont pas constituées de matières identiques, le champ gravitationnel diffère d’un endroit à un autre.

La mesure de la gravité permet de définir une autre surface représentant la forme de la Terre : le géoïde. Cette surface donne une approximation du niveau moyen des mers. Elle est constituée de creux et de bosses causés par la distribution inégale de masses de densités diverses.

Le géoïde
(Source : University of Texas)

 

 
 

De plus, étant un corps plastique, la forme de la Terre change continuellement. Elle est soumise à différentes forces internes et externes.

Les forces influentes (Source : Ressources naturelles Canada)

Les forces influentes
(Source : Ressources naturelles Canada)

 

 

 

Pour une personne, ces changements peuvent être perceptibles, par exemple la marée, ou imperceptibles comme la marée terrestre (amplitude d’environ 30 cm) et la dérive des plaques lithosphériques (tectoniques). Pour suivre le déplacement des plaques, il faut un référentiel quadridimensionnel (trois axes et le temps) indépendant de la surface terrestre. Le système de référence terrestre international (ITRS) a cette capacité temporelle. Contrairement à l’ITRS, le système NAD83 est fixé à la plaque tectonique nord-américaine. La position des points est invariable dans le temps à moins d’être situés sur une partie instable de la plaque.

Les principales plaques tectoniques et leur dérive (Source : Jet Propulsion Laboratory)

Les principales plaques tectoniques et leur dérive
(Source : Jet Propulsion Laboratory)

Consultez le Guide sur les référentiels géodésiques et altimétriques au Québec (Format PDF, 4,1 Mo) pour obtenir plus d'information sur la géodésie et ses référentiels.

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