Ce système développé par le Centre national d'études spatiales (CNES) conjointement avec l'IGN et le Groupe de Recherches de Géodésie Spatiale (GRGS) permet de déterminer finement les trajectoires de satellites et la position des stations terrestres, offrant de multiples applications pour la communauté scientifique internationale (dérive des continents, surveillance du niveau des mers, contribution au système de référence internationale, climatologie, géophysique…).
Fonctionnement du système DORIS
Basé sur le principe de l'effet Doppler, ce système, dit "ascendant", utilise un réseau permanent#x d'une soixantaine de stations (reparties uniformément sur tout le globe) qui émettent des signaux radioélectriques vers des récepteurs embarqués dans plusieurs missions satellitaires. L'ensemble de ces mesures est transmis à chaque passage du satellite au-dessus d'une station de poursuite au centre de contrôle et de traitement.
L'International DORIS Service (IDS) est un service de l'Association Internationale de Géodésie (AIG) qui a pour mission de fournir des produits de la plus grande précision#x pour des applications géodésiques et géophysiques.
L'IGN, impliqué dans l'élaboration de ce système depuis son origine (début des années 80) est chargé de l'installation et de la rénovation du réseau de stations. Il assure, pour l'IDS, la diffusion des données comme responsable d'un centre de données, et participe à l'élaboration des produits géodésiques et géophysiques comme centre d'analyses en collaboration avec le Jet Proplusion Laboratory (JPL - USA) et l'Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP).
Un tel système est dit "ascendant". Le signal est émis par les stations au sol comprenant une balise émettrice et une antenne, et reçu par les satellites, à l'inverse du GPS pour lequel les émetteurs sont à bord des satellites. Le récepteur embarqué effectue des mesures de décalage Doppler sur les deux fréquences - environ 400 MHz et 2 GHz - émises par les stations au sol.
Une mesure bi-fréquence est nécessaire pour réduire l'erreur due à la propagation du signal à travers l'ionosphère.
Les données recueillies sont stockées dans la mémoire de l'instrument et retransmises vers le sol à chaque passage du satellite au-dessus d'une station de poursuite.
Après modélisation des forces agissant sur le satellite, le traitement des mesures effectuées sur le réseau permanent#x, appelé réseau d'orbitographie, permet une restitution précise de sa trajectoire.
Quelques balises du réseau permanent#x, dites balises maîtresses, ont un rôle particulier : elles sont chargées d'assurer la synchronisation du système avec le Temps Atomique International ainsi que la transmission vers les récepteurs embarqués de données nécessaires au bon fonctionnement du système.
DORIS permet de déterminer avec une grande précision#x la position des satellites équipés du système. Les performances du système sont en constante progression et la précision d'ensemble du système altimétrique est aujourd'hui centimétrique en temps différé. Surnommé "le géomètre de l'espace", DORIS observe et surveille notre planète. Il a joué notamment un rôle majeur dans la mission franco-américaine d'étude des océans, TOPEX/POSEIDON.
Aujourd'hui, les techniques de géodésie spatiale permettent de déterminer les coordonnées des points de la surface de la Terre avec une précision meilleure que le centimètre. Ce niveau de performance atteint par le système DORIS lui a valu d'être accepté en 1994 parmi les techniques utilisées pour la détermination du système de référence terrestre de l'IERS. Jusqu'en 1994, ce système de référence était déterminé à partir du traitement des mesures délivrées par l'interférométrie à très longue base (VLBI), la télémétrie laser sur satellite (SLR) et sur la Lune, et le GPS, techniques spatiales précises mais qui assuraient une couverture insuffisante de l'hémisphère sud.
L'intégration du réseau DORIS - une soixantaine de stations très bien réparties - au réseau de référence de l'IERS a permis de densifier et d'homogénéiser la couverture de celui-ci. Le rattachement géodésique d'une trentaine de stations DORIS à des points déterminés à l'aide d'autres techniques de géodésie spatiale permet d'intégrer les solutions DORIS au calcul combiné des coordonnées du réseau de l'IERS.
Le traitement des mesures DORIS en vue de l'amélioration des coordonnées des stations et de la mesure de leur variation (due aux mouvements des plaques tectoniques) est assuré par plusieurs groupes scientifiques dans le monde, parmi lesquels l'IGN.
DORIS permet également de calculer quotidiennement les paramètres de rotation de la Terre, avec une très bonne précision depuis que les données de plusieurs satellites peuvent être combinées.
DORIS est également utilisé pour des applications qui ne nécessitent pas la précision#x ultime du système, mais requièrent une disponibilité rapide de l'information. La société CLS-Argos, filiale du CNES, gère commercialement cette utilisation opérationnelle du système DORIS.
Le fonctionnement automatique des balises et le caractère centralisé du système rendent DORIS bien adapté au suivi à distance des déformations des zones à risques : glissements de terrain, zones sismiques et volcaniques. Des expériences, auxquelles l'IGN a participé, ont eu lieu et se poursuivent dans ces domaines, certaines devant durer plusieurs années.
Afin de localiser avec précision#x les images obtenues avec SPOT 4, SPOT 5 et Envisat par exemple, les instruments DORIS comprennent aussi un navigateur, appelé DIODE (Détermination Immédiate d'Orbite par DORIS Embarqué), qui calcule en temps réel la position et la vitesse du satellite.
Les satellites artificiels nous informent sur les grandes irrégularités du champ de gravité terrestre, pourvu que l'on puisse connaître précisément leurs orbites afin d'en analyser les pertubations. Le système DORIS offre à cet égard, par sa précision#x et sa couverture, des données d'un grand intérêt.
Des millions de données DORIS de poursuite des satellites SPOT 2, SPOT 3 et TOPEX/Poseïdon ont donc été traitées et intégrées dans les modèles de champ de gravité tels le modèle américain EGM-96 et le modèle européen GRIM-5. Leur impact se révèle notamment lorsque ces modèles sont utilisés pour calculer les orbites de ces satellites : par exemple, la précision#x radiale de l'orbite du satellite TOPEX/Poseïdon, essentielle pour l'application d'altimétrie spatiale, est voisine de 2 cm.
Les déplacements horizontaux des plaques tectoniques qui composent l'écorce terrestre ont longtemps été décrits par des modèles établis uniquement à partir d'observations géologiques sur les frontières de plaques. Le plus récent de ces modèles cinématiques, NUVEL-1, suppose que les plaques tectoniques sont rigides et que leurs vitesses de déplacement restent constantes sur plusieurs millions d'années.
DORIS a permis de mesurer pour la première fois les mouvements relatifs de plusieurs plaques, notamment les plaques Afrique et Antarctique. L'accumulation des données dans les années à venir permettra d'affiner les résultats obtenus et de mesurer les vitesses d'autres stations avec la perspective de produire un modèle global des mouvements des plaques tectoniques uniquement basé sur la géodésie spatiale.
D'autre part, plusieurs stations DORIS se trouvent à proximité de la frontière de deux plaques tectoniques, dans des zones dites " de déformation ". Le traitement des mesures issues de ces stations permet d'étudier les mouvements de ces zones, qui ne sont pas décrits par les modèles de plaques.
Enfin, des travaux récents du GRGS ont montré l'intérêt de DORIS pour la mesure des déplacements verticaux des stations.
L'ionosphère est la partie ionisée de l'atmosphère, située entre 60 et 1000 km d'altitude, le maximum de densité électronique se situant vers 400 km. La traversée de l'ionosphère est responsable d'une légère atténuation du signal et d'une modification du temps de propagation, particulièrement préjudiciable aux systèmes de mesures radioélectriques.
La mesure simultanée sur deux fréquences permet d'une part de déterminer l'état d'ionisation de l'ionosphère et d'autre part de corriger la mesure de l'effet dû à sa traversée par le signal. Le système DORIS, grâce à la densité de couverture de son réseau, procure une information sur l'ionosphère dont l'intérêt dépasse la simple correction de ses mesures. En effet, on peut établir à partir de ces mesures des cartes globales de la densité électronique intégrée verticalement. Au vu de ces résultats, le CNES a décidé de mettre en oeuvre une densification du réseau dans la zone intertropicale, où l'ionosphère est la plus "chahutée".
Mis à jour le 26/01/2023