Présentation
Les activités de recherche et développements en géodésie s’articulent autour de deux axes :
- La recherche proprement dite, de niveau plutôt académique, s’effectue au sein du LAREG ainsi qu’en partenariat avec l’IPGP pour le domaine DORIS. Une partie plus directement appliquée aux processus de production est prise en charge par le Service de Géodésie et de Métrologie (SGM).
- Ce second axe regroupe des actions d’étude, de développement et de maintenance des chaines de production en matière de réseaux géodésiques et de nivellement. L’implication est très forte dans les domaines de l’élaboration des systèmes de référence, de l’amélioration des performances de positionnement, de l’optimisation des traitements (automatisation et raccourcissement des délais) et de la réalisation autonome de données (orbites, modèles de propagation atmosphérique…).
Tout ceci s’inscrit dans le cadre d’une constante évolution scientifique et technologique, à laquelle l'IGN s’adapte en permanence. La conséquence en est une volonté d’autonomie en termes de logiciels, afin de dépendre le moins possible des circuits commerciaux de distribution et de mise à jour.
En outre, le soutien aux activités qualifiées de « non standard » est apporté via des développements ou la mise en place de processus « à la carte ».
Traitements GNSS
Le positionnement par satellites ( GNSS : GPS, GLONASS, GALILEO…) est l’outil majeur d’accès aux références nationales et mondiales. C’est donc sur ce thème que se concentre en priorité l’activité de recherche et développements au Service de Géodésie et de Métrologie. Il développe et implémente les différents algorithmes relatifs au positionnement différentiel direct ou indirect :
- Direct, dans le sens maintenant traditionnel de la détermination
de lignes de base entre un (ou plusieurs) point(s) connu(s)
et le point dont on cherche les coordonnées.
- Indirect, avec l’utilisation d’orbites et d’horloges très précises
déterminées à partir d’un réseau mondial de stations GNSS
(PPP : « precise point positioning »
ou « positionnement ponctuel précis » en français).
Une attention particulière est portée justement
à ces déterminations d’orbites et d’horloges
en temps le moins différé possible. Il faut noter ici la production par le SGM d'orbites et d'horloges mixtes ultra-rapides GPS-GLONASS et bientôt GPS-GLONASS-GALILEO.
Les perturbations dues à la traversée de l’ionosphère et de la troposphère peuvent être évaluées avec une grande précision, permettant ainsi bien des applications, en particulier météorologiques.
Systèmes de référence terrestres et systèmes de coordonnées
La modernisation au niveau mondial de la notion de système de référence via l’expansion des techniques de géodésie spatiale a introduit ces dernières années des changements majeurs. ITRS, ETRS89, RGF93 supplantent ainsi les anciens systèmes de triangulation à caractère régional ou parfois local.
Concernant la partie "systèmes de référence terrestres", nous pouvons citer l’exemple de développements dont la finalité est l’obtention d’une combinaison des solutions hebdomadaires issues des différents centres d’analyse IGS existants. Il en est de même pour la combinaison et le cumul des produits hebdomadaires et journaliers issus des centres d'analyse Galileo. Ces actions participent directement à la création de nouvelles réalisations du système de référence mondial. A terme, le SGM assurera la mise en production et la maintenance de ces chaînes de traitement.
Pour la partie "systèmes de coordonnées", il s’agit dans ce cadre évolutif de maitriser les transformations de coordonnées entre les différents systèmes. Des méthodes modernes de collocation permettent ainsi d’établir les « grilles » de transformation nécessaires.
Géodésie physique
Le contexte est ici le champ de gravité de la Terre, indissociable de toute notion d’altitude et de référence verticale. Héritant des savoir-faire initiés au LAREG, l'IGN participe aux déterminations locales du quasi-géoïde gravimétrique et à l’élaboration de grilles de conversion entre hauteurs ellipsoïdales (déterminées par GNSS) et altitudes.
En savoir plus sur le quasi-géoïde.
L'avènement de GALILEO
De nouveaux systèmes satellitaires de positionnement sont apparus en complément du maintenant traditionnel GPS. Parmi eux: le système européen Galileo.
Initié au milieu de la décennie 1990, il devrait être pleinement opérationnel entre 2015 et 2020. Son principe de fonctionnement est similaire à celui du GPS. Une horloge fondamentale au sol génère une échelle de temps sur laquelle se synchronisent les satellites, le Galileo#g system time (GST).
Deux satellites prototypes, appelés GIOVE-A et GIOVE-B, ont été lancés en 2005 et en 2008 pour tester les technologies prévues pour le système GALILEO#g (en particulier les horloges atomiques en orbite et la génération, la modulation et l’émission du signal). Ces satellites ont également permis de valider le modèle d’infrastructure au sol envisagée pour GALILEO#g.
Le système consistera en 30 satellites en orbite moyenne terrestre, à une altitude de 23222 km et répartis sur trois plans orbitaux inclinés de 56° sur l’équateur. Chaque plan orbital comprend ainsi 10 satellites dont neuf actifs et un de secours. Chaque satellite embarquera quatre horloges atomiques (deux au rubidium et deux masers à hydrogène) qui serviront à la réalisation de l’échelle de temps propre au satellite et à dater ses signaux. Trois bandes fréquentielles seront utilisées pour leur émission. La constellation sera suivie au sol par une quarantaine de stations qui recevront en permanence les signaux émis. Elles les transmettront aux deux centres de contrôle du système qui les analyseront en temps réel.
Le signal électromagnétique d’un satellite sera essentiellement composé :
- d’un code précisément daté dans le GST permettant de mesurer la pseudo-distance entre le satellite et un récepteur au sol
- d’un message de navigation qui, pour une date de référence donnée, fournit les positions des satellites dans le repère terrestre du système, le Galileo Terrestrial Reference Frame (GTRF), et le décalage de leur échelle de temps propre par rapport au GST.
A partir de ces deux informations, le récepteur pourra déterminer sa propre position, en quatre dimensions : sa situation spatiale dans le GTRF (trois valeurs) et le décalage de sa propre échelle de temps avec le GST (une valeur).
Dans le marché passé entre les autorités européennes et les industriels associés au programme Galileo, l'IGN est centre de combinaison: à ce titre, il est responsable du repère de référence terrestre du système (GTRF: Galileo Terrestrial Reference Frame). De façon hebdomadaire et quotidienne, il combine les solutions en provenance de trois centres d'analyse: GFZ (GeoForschungsZentrum Potsdam), ESOC (European SpaceOperations Centre), et AIUB (Astronomisches Institut des Universitat Bern).