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Le réseau NIREF

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Le système de référence vertical officiel français, NGF/IGN69, est basé sur des observations de nivellement et de gravimétrielien interne faites dans les années 60. Dès 1970, l’existence d’un important biais nord-sud du système NGF/IGN69 a été soupçonnée. C’est une des raisons pour lesquelles l’IGN a décidé en 1983 d’observer une traverse de nivellement de grande précision entre Marseille et Dunkerque, puis d’établir un réseau de nivellementlien interne, dénommé NIREF (nivellement de référence), qui comprend cette traverse de 1983.

Les objectifs du NIREF

L’établissement de ce réseau de nivellementlien interne a été décidé en 1996. Combiné à d’autres sciences et techniques, NIREF est destiné à être utilisé dans de nombreux domaines :

  • la recherche sur les systèmes de référence verticaux
  • l’unification des systèmes de référence verticaux
  • l’étude des déformations de la croûte terrestre
  • l’étude des variations temporelles et spatiales du niveau des mers…

NIREF n’est pas destiné à devenir le nouveau système vertical officiel en France, qui est et qui restera le NGF/IGN69. Un changement de référence verticale aurait en effet de nombreux inconvénients et ne serait pas facilement accepté par les utilisateurs. Une grille de transformation entre les systèmes NIREF et NGF/IGN69 sera toutefois définie. Et il est également envisagé que NIREF devienne la nouvelle contribution française au réseau européen unifié de nivellement, UELN.

La réalisation du NIREF

La principale originalité de NIREF est qu’il est observé en nivellement géométrique motorisé (NIGEMO), technique plus rapide et moins sujette aux erreurs de réfraction que le nivellement traditionnel à pied.
L’ensemble du réseau est observé en aller-retour avec des tolérances strictes (dans 80% des cas, les écarts-types calculés sur les différences aller-retour sont inférieures à 0,83 mm/km1/2.)
Pour des raisons financières, aucune mesure de pesanteur n’a encore été faite sur le réseau. Par conséquent, les zones à reliefs accidentés sont évitées autant que possible.images_centre

Le traitement des données

Interpolation de la pesanteur

Aucune mesure de gravimétrielien interne n’ayant été faite sur le réseau NIREF, il est nécessaire d’interpoler la pesanteur tout le long du réseau. La méthode employée est une méthode classique dite de « retrait-restauration ». On utilise une couverture gravimétriquelien interne dense du territoire français et des environs (environ 500 000 anomalies à l’air libre fournies par diverses sources) et un modèle numérique de terrain précis au pas de 1 seconde.
L’interpolation de la pesanteur est faite non seulement sur les repères de nivellementlien interne, mais également sur des points de contrôle, à savoir 555 points du réseau géodésique françaislien interne « gravimétrés » par l’IGN. Les écarts obtenus entre pesanteur mesurée et pesanteur interpolée sont quasi-centrés et ont un écart-type de 1 mGal, une précision largement suffisante pour le calcul d’altitudes.

Calcul d’altitudes

A l’aide des observations de nivellement et des valeurs de pesanteur interpolées, il a ensuite été possible d’attribuer des altitudes aux repères du NIREF, avec :

  • la pesanteur exprimée dans l’ancien système gravimétrique CGF65
  • Hayford 1909 comme ellipsoïde de référence
  • un repère proche du marégraphe de Marseille comme point de référence

Quelques comparaisons

Comparaison NIREF et NGF/IGN69

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Ecarts NIREF – NGF/IGN69 (cm)

Sont représentés sur la figure ci-contre les écarts d’altitudes entre le système NIREF et le système NGF/IGN69.
Ce qui est frappant sur cette carte, c’est la pente Nord-Sud qui affecte les écarts NIREF – NGF/IGN69. Mises à part quelques anomalies locales, ces écarts décroissent en effet régulièrement avec la latitude, allant de 0 cm à Marseille (point de référence) à -23 cm à Dunkerque. NIREF confirme donc le supposé biais Nord-Sud du système NGF/IGN69 et donne une indication sur son amplitude. L’origine de ce biais reste cependant mystérieuse. Il provient certainement d’une erreur systématique qui affectait les observations de nivellement dans les années 60… A noter que ce systématisme n’est pas un cas isolé. En Grande-Bretagne, aux Etats-Unis ou encore en Australie, la comparaison des réseaux de nivellementlien internes à des données marégraphiqueslien interne a mis en évidence des biais Nord-Sud similaires à celui du NGF/IGN69.

Comparaison à des données marégraphiques

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Niveaux moyens des mers exprimés dans les systèmes IGN69 et NIREF (cm)

A l’aide de données marégraphiqueslien interne du SHOM, les niveaux moyens de la mer enregistrés à neuf marégrapheslien interne ont pu être exprimés dans les deux systèmes verticaux NIREF et NGF/IGN69.
Une première remarque peut être faite sur le niveau moyen de la Méditerranée à Marseille. Etant donné que l’origine du système NGF/IGN69 est le niveau moyen enregistré au marégraphelien interne de Marseille durant les années 1885-1896, la valeur de +16 cm peut être lue comme la hausse du niveau moyen de la mer, à Marseille, depuis la fin du XIXème siècle jusqu’à aujourd’hui. Mais ce qui est frappant sur ces cartes c’est que, selon NGF/IGN69, le niveau moyen océanique croît significativement avec la latitude, alors que, selon NIREF, le niveau moyen océanique est pratiquement constant, de Saint-Jean-de-Luz à Dunkerque. C’est là encore un effet du biais Nord-Sud du système NGF/IGN69. A première vue, NIREF semble donc « océanographiquement correct ». Il est en tout cas plus exploitable que le système NGF/IGN69 pour ce qui est de relier entre elles les références de différents marégrapheslien interne français.
Enfin, NIREF permet également d’estimer la dénivelée entre le niveau moyen de la Méditerranée et le niveau moyen océanique : d’après NIREF, la surface méditerranéenne serait (du moins à Marseille) environ 15 cm plus basse que la surface océanique.

Inclusion de NIREF dans le réseau européen UELN

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Réseaux nationaux inclus dans UELN et paramètres de transformation entre systèmes nationaux et système européen (cm)

Le réseau européen unifié de nivellement, UELN, a comme objectif l’établissement d’une référence verticale commune pour l’Europe au niveau décimétrique. Le système UELN est réalisé par un ajustement global des réseaux de nivellementlien interne de 1er ordre de plus de 25 pays. Depuis 1973, la contribution française à UELN est restée le 1er ordre du réseau NGF/IGN69.
UELN est actuellement parallèle à IGN69 sur la France puisqu’il n’y a qu’un paramètre de translation entre les deux systèmes (-49 cm).
Autrement dit, le système européen est affecté par le biais Nord-Sud du NGF/IGN69. Et ce biais semble avoir des répercussions dans toute l’Europe de l’Ouest. C’est pourquoi l’IGN envisage de fournir à UELN un nouveau jeu de données qui serait basé sur NIREF. Cependant, le réseau NIREF est actuellement trop lâche pour devenir la seule contribution française à UELN. Nous avons donc proposé à UELN un nouveau jeu de données qui contiendrait :

  • les observations du réseau NIREF
  • les ré-observations de 1er ordre faites dans les années 90 et qui ne sont affectées d’aucun biais Nord-Sud
  • dans le reste du pays, les observations originales de 1er ordre, corrigées d’un biais estimé grâce à NIREF

Cette proposition de nouveau jeu de données français est actuellement en cours de discussion.

Mis à jour le 09/07/2012

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