Syst`emes de r´ef´erence

La position des satellites est mieux d´efinie dans un syst`eme de r´ef´erence inertiel, alors que la position de la station doit forc´ement ˆetre exprim´ee dans un syst`eme de r´ef´erence terrestre avec la terre fixe. Un syst`eme de r´ef´erence est r´ealis´e par un rep`ere de r´ef´erence qui est `a son tour d´efini par des stations attach´ees `a la surface de la terre solide, dont les positions et les vitesses sont consid´er´ees comme mieux connues. Le positionnement relatif du GPS en g´eophysique doit ˆetre li´e `a un syst`eme de r´ef´erence global bien d´efini, pour des meilleures solutions de positions et de vitesses. Il s’agit d’exprimer des solutions d’un r´eseau r´egional dans un r´ef´erentiel unique admis par la communaut´e internationale des sciences de la terre.

IERS (International Earth Rotation Service) est l’organisme international qui s’oc- cupe de la d´efinition et de la distribution des r´ef´erences terrestres et c´elestes, ainsi que la position de la terre, avec une pr´ecision ´equivalente `a un centim`etre sur la surface de la terre. Le travail de l’IERS est bas´e sur la combinaison des observations de la g´eod´esie spatiale (VLBI, Very Long Baseline Interferometry ; LLR, Lunar Laser Ranging ; SLR, Satellite Laser Ranging ; GPS, Global Positionning System et DORIS, Doppler Orbito- graphy Radiopositionning Integrated by Satellite) pour d´efinir un syst`eme de coordonn´ees commun.

ITRS (International Terrestrial Reference System) est un syst`eme de r´ef´erence spa- tiale, dans lequel les positions des points attach´es `a la surface de la terre solide ont des coordonn´ees qui varient un peu grˆace aux effets g´eophysiques (tectonique). L’ITRF est la mat´erialisation physique de l’objet math´ematique ITRS. C’est un ensemble de points physiques avec des coordonn´ees pr´ecis´ement d´etermin´ees dans un syst`eme de coordonn´ees sp´ecifique (cart´esien, g´eographique) attach´e `a un syst`eme de r´ef´erence terrestre.

ICRS (International Celestial Reference System) est bas´e sur une d´efinition dyna- mique. ICRF est mat´erialis´e par des coordonn´ees pr´ecises des radiosources extragalac- tiques (quasars), dont l’origine est localis´ee au barycentre du syst`eme solaire et les axes sont fix´es par rapport aux quasars. Il est construit par l’analyse des observations VLBI.

Les param`etres d’orientation de la terre (EOP) sont des param`etres qui d´ecrivent la rotation de l’ITRF par rapport `a l’ICRF, en conjonction avec le mod`ele conventionnel Pr´ecession-Nutation. Ces param`etres sont sous forme des coordonn´ees du pˆole de la terre, d´eviation du pˆole c´eleste, le temps universel et la dur´ee du jour.

Fig. 3.2 – Le r´eseau des sites ITRF2000 avec les techniques utilis´ees dans chaque site.

Mod`ele r´ef´erentiel ITRF

ITRF est un r´ef´erentiel standard compatible avec l’ICRF et l’EOP, calcul´e en com- binant des solutions des techniques de la g´eod´esie spatiale r´eguli`erement am´elior´e. La version ITRF2000 (Altamimi et al., 2002) contient en plus des stations de tr`es haute qua- lit´e, observ´ees par VLBI, LLR, SLR, GPS et DORIS (20 ans de mesures par LLR, SLR et VLBI ; et 10 ans de mesures par GPS et DORIS). On compte un total d’environs 800 stations GPS r´egionales (fig. 3.2) r´eparties sur les diff´erents continents avec une concen- tration remarquable en Europe et en Am´erique du Nord. 54 de ces stations font partie de l’IGS.

L’ITRF2000 fournit les 14 param`etres (3 translations, 3 rotations et 1 ´echelle en po- sitions et les 7 param`etres ´equivalents en vitesses) n´ecessaires pour le calcul des positions et des vitesses relatives par GPS. La pr´ecision est estim´ee de l’ordre de 1 mm pour les positions et 0.3 mm/an pour les vitesses, avec une stabilit´e `a long terme (10 ans) ´evalu´ee `a environ 4 mm `a l’origine, 0.5 ppb (Parts per Billion) en ´echelle, ´equivalent `a 3 mm en d´ecalage vertical (Altamimi et al., 2002).

En comparaison avec les mod`eles g´eologiques en terme de cin´ematique des 6 grandes plaques, l’ITRF2000 montre d’une part un d´esaccord important avec le mod`ele NUVEL- 1A (DeMets et al., 1994) largement utilis´e dans les ´etudes tectoniques inter-plaques. Cela

est dˆu au fait que NUVEL-1A est fond´e sur l’hypoth`ese forte que les plaques sont rigides

3.1. Le Syst`eme de Positionnement Global GPS 61 en ´evidence des d´eformations `a l’int´erieur des plaques et non seulement aux limites de celles-ci (Altamimi et al., 2000). D’autre part, on note un alignement avec le mod`ele NNR- NUVEL-1A (DeMets et al., 1994) en minimisant les rotations.

Mod`eles de tectonique de plaques

Avec l’essor de la g´eod´esie spatiale, plusieurs mod`eles ont vu le jour pour d´eterminer le mouvement relatif des plaques, je me limite ici `a donner une br`eve description des deux d’entre eux : REVEL (Sella et al., 2002) et DEOSVel (Fernandes, 2004).

REVEL (REcent plate VELocities) est un mod`ele cin´ematique de 19 plaques et blocs continentaux propos´e par Sella et al. (2002). Il a ´et´e ´elabor´e `a partir de l’analyse des donn´ees GPS des stations disponibles au public. Les r´esultats sont exprim´es dans le r´ef´e- rentiel ITRF97 (fig. 3.3). Comme pour ITRF2000, la comparaison montre des d´esaccords avec le mod`ele g´eologique NUVEL-1A qui peuvent ˆetre attribu´es `a des changements de contraintes au cours des temps g´eologiques. Dans le mod`ele REVEL les vitesses rela- tives des paires Arabie–Eurasie, Arabie–Nubie et Eurasie-Inde sont plus faibles. Cela est

probablement dˆu `a la collision entre ces plaques durant les derniers millions d’ann´ees

(Sella et al., 2002).

DEOSVel (Department of Earth Observation and Space systems Velocity) est un mod`ele de vitesses angulaires de 8 plaques (EURA, NUBI, NOAM, SOMA, AUST, PCFC, SOAM et ANTA) dans le r´ef´erentiel ITRF2000. Il a ´et´e propos´e par Fernandes (2004) comme un d´erivatif du Mod`ele DEOS2K (Fernandes et al., 2003).

La comparaison de ce mod`ele avec NUVEL-1A et REVEL pour les mouvements relatifs (fig. 3.4) inter-plaques NUBI-EURA-NOAM (les trois grandes plaques qui encadrent la zone de cette ´etude) montre des diff´erences significatives entre les trois mod`eles.

Dans la M´editerran´ee `a l’Est de la p´eninsule Ib´erique les mod`eles g´eod´esiques, DEOS- Vel et REVEL estiment une collision plus oblique et lente, entre NUBI et EURA, par rapport au mod`ele NUVEL-1A.

A l’Ouest du d´etroit de Gibraltar les trois mod`eles sont similaires, jusqu’`a la r´egion des

A¸cores, o`u DEOSVel et NUVEL-1A sont d’accord sur un mouvement perpendiculaire au

rift Terceira, avec relativement un grand d´esaccord avec REVEL qui montre un syst`eme de failles leaky-transform.

Fig. 3.3 – Le mod`ele de cin´ematique de plaques REVEL dans le r´ef´erentiel ITRF97. D’apr`es Sella et al. (2002).

3.1. Le Syst`eme de Positionnement Global GPS 63

Fig. 3.4 – Comparaisons entre NUVEL-1A, REVEL (ITRF97), EOSVel (ITRF2000). D’apr`es Fernandes (2004).