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Posté par Michel le Lundi 21/07/2008 à 00:00
Mission Goce: Les bourrelets de la terre vus de l'espace
Cet été, partira la mission Goce (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) de l'Agence spatiale européenne (ESA) pour mesurer le champ de pesanteur de la Terre en tout point et à une précision inégalée. Une mesure fondamentale et pourtant mal connue qui aidera à mieux cerner la vraie forme de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes....).

Nous ne vivons pas sur une planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique,...) ronde, mais sur un patatoïde bosselé, qui laisse bouche (La bouche (encore dénommée cavité buccale ou cavité orale) est l'ouverture par laquelle la nourriture d'un animal entre dans son corps. Le mot gueule...) bée tous ceux qui se retrouvent nez (Le nez (du latin nasus) est chez l'homme la saillie médiane du visage située au-dessus de la lèvre supérieure et qui, en le surplombant, recouvre l'orifice des fosses nasales, qui constituent le...) à nez avec son image. Un creux au large de l'Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique; et à l'est, de l'Europe et...) du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.), une bosse au-dessus de l'Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de l’hémisphère Sud dont la superficie couvre la plus...) et quelques bourrelets par-ci par-là. Cette difformité échappe au voyageur qui arpente la planète et à l'astronaute (Un astronaute est le nom donné à une personne qui voyage ou ayant voyagé dans l'espace. Le terme désigne généralement un professionnel, pilote ou passager d'un véhicule...) qui voit la bille bleue (La bille bleue (The Blue Marble) est une photographie célèbre de la Terre prise le 7 décembre 1972 par l'équipage d'Apollo 17 à une distance d'environ 45 000 km. C'est l'une des photos les...) dans son cocon (Le cocon est l'enveloppe de la nymphe de certains insectes. On appelle aussi cocon le sac que les araignées construisent en y introduisant leurs œufs.) de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a...), mais vient fausser une foule de mesures: celles des courants océaniques, des mouvements de la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre. C'est la partie supérieure de la lithosphère (qui constitue les plaques tectoniques).)... D'où l'importance de la mission Goce, un satellite (Satellite peut faire référence à :) qui doit décoller dans les semaines à venir, restera en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) pendant vingt mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.), et permettra d'affiner la forme de notre planète. Comment ? En mesurant le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de pesanteur (Le champ de pesanteur (ou plus couramment pesanteur) est un champ attractif auquel sont soumis tous les corps matériels au voisinage de la Terre : on observe ainsi qu'en un lieu donné tous les corps...), le responsable de cette difformité, à un millionième près, avec la même précision partout à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure,...) de la Terre ? c'est-à-dire dans une fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan incliné de toiture, avec ou sans vitres.) de 100 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde.) de côté. Des chercheurs de plusieurs laboratoires du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) sont à l'affût pour traiter les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) reçues et les inclure dans leurs modèles.


GOCE effectuera six mesures simultanées du champs de gravitation terrestre

En effet, cette grandeur, notée g et qui fait le lien entre la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...) et le poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du...), façonne la forme de la Terre. Sa valeur sur Mars est le tiers de celle sur notre planète: ainsi en gardant la même masse, le poids de l'astronaute qui part sur la planète rouge (Planète rouge (Red Planet) est un film américain réalisé par Antony Hoffman, sorti en 2000.) sera trois fois plus faible. Et si la planète ressemble plutôt à un patatoïde qu'à un galet (Un galet est un fragment de roche à l’aspect arrondi, lisse.) lisse, c'est bien parce que g n'a pas exactement la même valeur partout à la surface du globe: les masses sont inégalement réparties à l'intérieur de la planète, et chaque point (Graphie) de la surface n'est pas attiré de la même manière.

Pour mieux visualiser les variations de g à la surface de la planète bleue, les scientifiques ont recours à une Terre fictive: ce "géoïde", comme ils le nomment, représente la forme qu'aurait la Terre si elle était entièrement recouverte d'océans (en réalité, elle n'en est recouverte qu'aux trois quarts)... Avec une précision importante: cette image bosselée de notre planète correspond au niveau moyen qu'aurait cet océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en...) au repos. "Si toute la Terre était recouverte d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), sa surface serait confondue avec le géoïde, confirme Michel Diament, de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un...) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la...) du Globe de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et de la Seine en...). Ce niveau moyen des océans se prolonge donc sous les continents et sert de référence pour les altitudes: ainsi le mont Blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue...) culmine à 4 807 mètres au-dessus du géoïde !"
Pourquoi donc, au repos, les océans du globe présenteraient-ils de tels creux et bosses ? La réponse est à rechercher dans les tréfonds de la planète. "Si la Terre était immobile et taillée dans un seul matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en...), donc homogène, le géoïde serait une sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une sphère est une surface constituée de tous les points situés à une même distance...), explique Michel Diament. Mais notre planète est en rotation: elle tourne sur elle-même, ce qui lui donne une forme aplatie. Et en plus elle est hétérogène." Ici, la présence d'un réservoir magmatique à quelques centaines de mètres de profondeur, là celle d'une plaque océanique plongeante font que la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau...) de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de...) sous nos pieds varie et avec elle la valeur de g.

Déterminer ces creux et bosses d'une centaine de mètres de dénivelé avec la même précision partout à la surface du globe n'est pas aisé: en effet, localement, une mesure au sol obtenue par des gravimètres pourrait donner la valeur du champ de pesanteur à un milliardième près... mais pour une grosse structure comme l'Himalaya, il faut disposer de cette haute résolution à très grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de grande...). "Le but est aussi d'unifier les systèmes de référence internationale pour que, par exemple, la mesure de l'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et...) d'un point ait le même sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du...) à Paris et à Pékin (Pékin (ou Beijing) (?? ; pinyin : B?ij?ng   Écouter la prononciation en mandarin , « la capitale du nord ») est la...)..."


Le satellite Goce (vue d'artiste), devrait permettre de mesurer
le champ de pesanteur avec une précision record.
Cliquer sur l'image pour l'agrandir

Pour relever le défi, Goce accumule les performances: à son bord, un gradiomètre ? instrument composé de 6 accéléromètres ultraprécis construits par l'Office national d'études et de recherches aérospatiales (Onera), complété par un récepteur GPS. De même, pour conserver la haute résolution ? une mesure dans une "boîte" de 100 kilomètres de côté ?, Goce sera placé en orbite basse (L'orbite terrestre basse (Low Earth orbit, LEO, en anglais) est un type d'orbite terrestre situé entre 350 et 1 400 kilomètres d'altitude. On considère...): à une altitude de 265 kilomètres, là où les forces de friction avec l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) résiduelle lui font perdre constamment de l'altitude. Phénomène qu'il doit compenser en utilisant des petits moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]) à propulsion ionique (Un moteur à ion est basé sur l'accélération de particules chargées (les ions) via un champ électrostatique)... "C'est la formule 1 (La Formule 1 est une discipline de sport automobile qui se dispute sur des circuits fermés à bord de monoplaces. Depuis début 2006, les spécifications sont : monoplaces d'au moins 600 kilogrammes à...) des satellites d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) de la Terre...", souffle, admiratif, Michel Diament. Il faut dire qu'il a été imaginé il y a près de trente ans ? notamment par Georges Balmino, aujourd'hui chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont...) émérite au Cnes ? qui voit enfin voler le fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine. Caractéristique des Angiospermes, il succède à la fleur par transformation...) de son imagination. Au gré des reports de lancement et des incidents de parcours... la mission n'a jamais cessé de s'améliorer.

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Source: CNRS
Illustrations: ESA - AOES Medialab