Des variations saisonnières redistribuent l’eau, la glace et l’atmosphère terrestre, provoquant un déplacement du centre de masse de la planète par rapport à son centre géométrique. Une équipe du Jet Propulsion Laboratory a développé une nouvelle technique de calcul pour affirmer la précision de ces mesures cruciales.
À retenir
- Les changements saisonniers déplacent le centre de masse terrestre de fractions de pouce par rapport au centre géométrique.
- Une équipe dirigée par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA a publié une nouvelle méthode dans le Geophysical Journal International.
- Les estimations internationales de 2017 et 2023 présentaient une divergence de 0,27 pouce (7 millimètres).
- La nouvelle technique associe le suivi satellitaire par laser, les données GPS et l’observation de la déformation de la croûte terrestre.
Les causes des oscillations de la masse terrestre
La Terre ne constitue pas une sphère rigide et statique. Le centre de masse de la planète change constamment de position en raison du déplacement de masses massives à sa surface et dans son enveloppe gazeuse. Les fontes printanières, le mouvement des océans et la densité de l’air hivernal déplacent des charges considérables d’une saison à l’autre. Si la Terre était un corps solide et homogène, son centre de masse coïnciderait exactement avec son centre géométrique. En réalité, la planète subit des déformations permanentes sous le poids combiné de l’eau, de la glace et de l’atmosphère, ce qui fait osciller son centre de masse de plusieurs millimètres autour de sa position géométrique.
Cette mobilité du centre de masse complique les observations géodésiques. Les estimations internationales réalisées en 2017 et en 2023 présentaient une différence de 0,27 pouce, soit 7 millimètres, une valeur presque équivalente à l’amplitude du mouvement lui-même. Réduire cette incertitude est indispensable pour la navigation par satellite et les mesures topographiques de haute précision.
Une nouvelle méthode de calcul par la NASA
Pour surmonter ces incertitudes, une équipe de recherche menée par le géoscientifique Donald Argus au Jet Propulsion Laboratory a mis au point une approche inédite. Par nature, les satellites en orbite terrestre sont guidés par la gravité et gravitent autour du centre de masse de la planète, se comportant comme s’ils étaient reliés par des liens invisibles. Les infimes variations de distance entre les satellites et les stations au sol permettent de quantifier ce déplacement de masse.
Historiquement, l’utilisation de satellites dédiés pour localiser le centre de masse n’est pas inédite. Les satellites LAGEOS 1 et 2 (Laser Geodynamics Satellites), lancés respectivement en 1976 et 1992, pèsent 408 kilogrammes chacun et ressemblent à des boules à facettes. Recouverts de prismes réfléchissants, ils sont suivis avec une précision laser par des stations au sol réparties dans plus de 20 pays. Toutefois, la télémétrie laser souffrait jusqu’à présent d’une distribution inégale des stations de mesure à la surface du globe.
L’intégration du GPS et de la déformation crustale
La technique proposée par l’équipe du Jet Propulsion Laboratory améliore la précision des mesures en combinant deux innovations majeures. D’une part, elle intègre le suivi par GPS aux données orbitales de plusieurs satellites évoluant en orbite terrestre basse, multipliant ainsi les points de référence. D’autre part, le modèle intègre la manière dont le poids de l’eau et de la glace déforme élastiquement la croûte terrestre, entraînant les stations au sol dans ce mouvement d’ensemble.
La description détaillée de cette méthode a fait l’objet d’une publication dans le Geophysical Journal International. En prenant en compte la flexion de la croûte sous les charges saisonnières et en croisant les données de trajectoire des satellites avec les récepteurs GPS terrestres, les chercheurs disposent désormais d’un cadre méthodologique robuste pour stabiliser cette référence fondamentale pour l’ensemble des programmes spatiaux et géophysiques.