Figure de la Terre - Définition
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Introduction
La détermination de la figure de la Terre, autrement dit l'étude de la forme de la surface externe du globe terrestre et de ses dimensions, constitue l'une des tâches classiques de la géodésie. Elle fournit des informations essentielles pour la géophysique et la géodynamique théorique. Il convient de remarquer, cependant, qu'une surface générale est le plus souvent un objet géométrique auquel on n'associe pas de propriétés physiques particulières. Tel n'est pas le cas de la figure de la Terre, que l'on doit déterminer en faisant intervenir, d'une manière ou d'une autre, le champ de pesanteur terrestre. De ce fait, on doit associer à la forme géométrique des propriétés physiques : la plupart des surfaces qu'on définira pour représenter la figure de la Terre sont des surfaces de niveau, ou surfaces équipotentielles, autrement dit, des surfaces sur lesquelles le potentiel de pesanteur est constant. Il n'existe pas une seule définition de la figure de la Terre, mais plusieurs qui ont chacune leur utilité et leur raison d'être. Ainsi, en dehors de la figure topographique (ou topoïde), qui n'est pas une surface de niveau mais dont les diverses cotes font quand-même appel à la pesanteur, on définit une figure équipotentielle ellipsoïdale (ou ellipsoïde normal), une figure d'équilibre hydrostatique (ou hydroïde) et finalement une surface équipotentielle qui décrit au mieux le champ de pesanteur dans lequel se meuvent les satellites artificiels. Cette dernière, appelée le géoïde, est de plus en plus considérée comme la figure de la Terre, mais c'est oublier que pour les géographes le topoïde est la surface la plus importante, que pour les géodésiens l'ellipsoïde joue un rôle bien plus important que le géoïde, et que les géophysiciens font souvent appel aux propriétés de l'hydroïde plutôt qu'à celles du géoïde. Tous comptes faits, ce sont surtout les géophysiciens s'occupant de dynamique du manteau et de tectonique globale qui font appel au géoïde.
Aspects historiques
Les premières hypothèses concernant la forme de la Terre remontent à la nuit des temps, mais ce n'est qu'au milieu du Ier millénaire av. J.-C. que l'hypothèse d'une forme sphérique fut formulée explicitement, et ne fut ensuite plus guère mise en doute par les gens érudits jusqu'à la deuxième moitié du XVIIe siècle. À cette époque les travaux de Christian Huygens (1629–1695) sur la force centrifuge et la parution en 1687 de l'ouvrage d'Isaac Newton (1643–1727) « Principia mathematica philosophiae naturalis », ainsi que les mesures de grands arcs géodésiques en France, ont conduit à penser que la forme de la Terre devait être celle d'un ellipsoïde de révolution, autrement dit celle d'un sphéroïde au sens restreint.
La première détermination connue du rayon R de la sphère terrestre est due au savant alexandrin Ératosthène de Cyrène (273 – 192 av. J.-C.). La méthode de mesure qu'Ératosthène inventa, et qui porte son nom, fait de lui le véritable fondateur de la géodésie, même si la valeur de R obtenue à l'époque devait se situer au mieux aux alentours de 10% de la valeur réelle. Au cours de nombreux siècles qui suivirent les travaux d'Ératosthène, on essaya d'améliorer la connaissance de la valeur du rayon terrestre : des Grecs, des Arabes, des Chinois, des Anglais et des Français, pour ne citer que les principales nations qui au départ ont participé à cette quête. La dernière détermination de R basée sur l'idée d'une Terre sphérique fut celle de l'abbé Jean Picard (1620–1682). Bien que très vite après les mesures de Picard on se soit aperçu qu'en première approximation la forme de la Terre n'était pas une sphère, mais plutôt un ellipsoïde de révolution faiblement aplati, la valeur R obtenue par Picard fournit avec une bonne précision le rayon moyen de la Terre. Cela est dû au fait que les mesures de Picard furent effectuées dans les environs de Paris, donc à des latitudes moyennes, où la distance de la surface au centre de la Terre est proche de la valeur du rayon de la sphère qui possède le même volume que l'ellipsoide.
